ZADANIE 2
oparte na równaniu reakcji
Ie gramów wody powstanie w wyniku spalenia 100 gramów wodoru?
Rozwiązanie
Pierwsza część to napisanie równania reakcji - analogicznie jak tutaj.
2 H2 + O2 → 2 H2O
Druga część to napisanie proporcji
Pierwsza linijka proporcji:
Myślimy o który reagent jest pytanie. O wodę, ściślej: o liczbę gramów wody, która powstanie. To pod wodą (pod H2O) piszemy x [g]. O tak:
2 H2 + O2 → 2 H2O
x [g]
Teraz patrzymy o ilości którego reagentu jest podana informacja w zadaniu. "100 gramów wodoru", czyli pod wodorem (pod H2) piszemy 100 g. I rysujemy poziomą kreskę między x [g] i 100 g.
2 H2 + O2 → 2 H2O
100 g ------- x [g]
I mamy pierwszą linijkę proporcji. Są w niej masy reagentów wynikające z treści zadania. Teraz napiszemy drugą linijkę proporcji. Będą w niej masy reagentów wynikające z równania reakcji. Tutaj też interesuje nas wodór (o którym mamy w pierwszej linijce proporcji informację na temat jego masy) i woda (tu mamy w pierwszej linijce proporcji niewiadomą, która dotyczy wody). Czyli w tej drugiej linijce proporcji piszemy masę wodoru wynikającą z równania reakcji i masę wody wynikającą z równania reakcji. No a jakie te masy wynikają i dlaczego? Tutaj stosujemy interpretację cząsteczkową równania reakcji (rozwiązujemy zadanie w wersji gimnazjalnej). Interpretacja cząsteczkowa tego równania to:
Dwie dwuatomowe cząsteczki wodoru i jedna dwuatomowa cząsteczka tlenu reagują i dają dwie cząsteczki wody.
Patrzymy na reakcję. Przed H2 jest dwójka. Zatem w tej naszej drugiej linijce proporcji napiszemy pod H2 masę dwóch cząsteczek wodoru.
Patrzymy na układ okresowy i znajdujemy masę atomową wodoru. Wynosi 1u. Czyli masa cząsteczkowa wodoru:
mcz(H2) = 2 * 1u
mcz(H2) = 2u
Masa dwóch cząsteczek wodoru będzie oczywiście dwukrotnie większa.
2 * 2u = 4u
I to wpisujemy pod H2 w drugiej linijce proporcji.
2 H2 + O2 → 2 H2O
100 g ------- x [g]
4 u
A co pod H2O? No najpierw obliczymy masę cząsteczkową H2O. Oprócz masy atomowej wodoru przyda się masa atomowa tlenu. Odczytujemu ją z układu okresowego. Wynosi 16u. Zatem masa cząsteczkowa wody:
mcz(H2O) = 2 * 1u + 16u
mcz(H2O) = 18u
w reakcji są dwie cząsteczki wody.
2 * 18u = 36u
Wpisujemy to 36u pod H2O w drugiej linijce proporcji i dorysowujemy kreskę.
2 H2 + O2 → 2 H2O
100 g ------- x [g]
4 u ------- 36 u
I mamy gotową proporcję.
Obliczamy ją (podobnie jak tutaj).
x * 4u = 100g * 36u
4x = 3600g
x = 900g
Możemy już podać odpowiedź do zadania:
W wyniku spalenia 100 gramów wodoru powstanie 900 gramów wody.
Koniec.
II. Wersja "z molami" (zazwyczaj w liceum)
Reakcję piszemy tak samo jak w wersji gimnazjalnej (powyżej).
2 H2 + O2 → 2 H2O
W tej wersji proporcja będzie trochę inna. Stosujemy interpretację molową równania reakcji. Jest taka:
Dwa mole wodoru reagują z jednym molem tlenu i dają dwa mole wody.
Pierwsza linijka proporcji tak samo jak w wersji gimnazjalnej.
2 H2 + O2 → 2 H2O
100 g ------- x [g]
W drugiej napiszemy pod wodorem masę dwóch moli wodoru (czyli ilości wynikającej z równania reakcji) i pod wodą masę dwóch moli wody (czyli też ilości wynikającej z równania reakcji).
Bierzemy masy molowe z układu okresowego. Są one liczbowo równe masom atomowym, a jednostka to g/mol.
M(H) = 1 g/mol
M(O) = 16 g/mol
M(H2) = 1 * 2 g/mol
M(H2) = 2 g/mol
M(H2O) = 2 * 1g/mol + 16 g/mol
M(H2O) = 18 g/mol
W drugiej linijce proporcji pod H2 będzie masa dwóch moli wodoru. Możemy tu użyć wzoru:
n = m/M
Chociaż można go też nie użyć i policzyć "intuicyjnie", wnioskując co przez co mnożyć choćby z jednostek.
we wzorze m to masa substancji wyrażona w gramach.
M to masa molowa wyrażona w g/mol.
n to ilość substancji wyrażona w molach.
aby wyznaczyć masę przekształcamy wzór mnożąc stronami przez M. Otrzymujemy:
n * M = m
czyli
m = n * M
Dla wodoru:
n(H2) = 2 mol
M(H2) = 2 g/mol
m(H2) = 2 mol * 2 g/mol
m(H2) = 4 g
Teraz obliczamy masę wody wynikającą z równania reakcji.
Przed H2O jest 2, czyli:
n(H2O) = 2 mol
policzyliśmy już wcześniej masę molową wody, zatem:
m(H2O) = 2 mol * 18 g/mol
m(H2O) = 36 g
Wstawiamy te masy w odpowiednie(!) miejsca w drugiej linijce proporcji i dorysowujemy kreskę.
2 H2 + O2 → 2 H2O
100 g ------- x [g]
4 g ------- 36 g
Obliczamy proporcję:
4g * x = 100g * 36g
x = 900g
Wynik jest oczywiście taki sam jak uzyskany w wersji gimnazjalnej.
Odpowiedź również jest taka sama.