hepnotStokiyometri: mol–kütle geçişi, sınırlayıcı madde ve yüzde verim
Konunun mantığı
Stokiyometri, bir tepkime denklemindeki madde miktarları arasındaki nicel ilişkiyi inceler. Önce atom sayıları korunacak biçimde denklem denkleştirilir; yalnız katsayılar değiştirilir, maddeyi başka bileşik yapan formül alt indisleri değiştirilmez. Örneğin bir moleküldeki atom sayısıyla kaç molekül/mol kullanıldığını ayırırız. Bu girişte tek belirtilmiş tepkime, verilen molar kütleler ve bilinen saflık koşullarıyla kâğıt üstü hesap yapılır; denklem bir ev deneyi veya uygulama yönergesi değildir.
Denkleştirilmiş katsayılar mol ve belirtilmiş tanecik sayısı oranlarını verir; gram oranları genellikle aynı değildir. Kütle m, molar kütle M ise n=m/M kullanılır. Verilen miktarı önce mole çevirip katsayı oranıyla hedef mole, sonra istenirse hedef kütleye geçmek birimleri korur. g/(g/mol)=mol ve mol·g/mol=g olmalıdır. Gaz hacmi oranı gibi ek yorumlar için sıcaklık/basınç ve uygun gaz modeli ayrıca belirtilmelidir; bu derste gaz hacmi kullanılmaz.
Birden fazla reaktif başlangıçta verildiyse hangi maddenin ürün miktarını sınırladığı bulunur. Tek tepkimenin belirtilen yönde tamamlanmaya gittiği ideal modelde her reaktifin molü kendi katsayısına bölünür; en küçük ilerleme miktarı sınırlayıcıyı belirler. Moller veya kütleler doğrudan karşılaştırılmaz. Oranlar eşitse birlikte tükenme mümkündür; mutlaka tek bir sınırlayıcı adı seçmek gerekmez. Fazla reaktifin bir kısmı artabilir; ürün miktarı bütün başlangıç maddelerinin tüketildiği varsayımıyla şişirilmez.
Teorik verim, verilen saf başlangıç miktarları ve tek tepkime modelinden hesaplanan en fazla ürün miktarıdır. Gerçekte tamamlanmama, yan tepkime veya ürün kaybı daha az ürün elde edilmesine yol açabilir; ölçülen saflık ve kuru kütle de önemlidir. Yüzde verim=100·gerçek ürün/teorik üründür; pay ve payda aynı ürün ve aynı birimde olmalıdır. Başlangıç reaktif kütlesi, sırf eldeki gram değeri olduğu için teorik ürünün yerine konmaz. Örneklerde elde edilen saf kuru ürün veya verilen gerçek miktar kullanılır.
Verim değeri tek başına hangi reaktifin ne kadar arttığını her durumda belirlemez; düşük ürünün nedeni dönüşüm eksikliği mi, toplama kaybı mı yoksa başka süreç mi bilinmelidir. Saflık, tepkimenin kapsamı ve toplanan ürün tanımı verilmeden ideal hesabın bütün gerçek süreçleri kapsadığı iddia edilmez. Aynı kapalı sistemde toplam kütle korunumu ile tek ürün kütlesinin başlangıç katısına eşit olması da farklıdır; gaz girip çıkıyorsa tartılan bölüm ayrıca seçilir. Sonuç için birim, varsayım ve büyüklük kontrolü yapılır.
Önce denkleştir, m/M ile mole geç, katsayı oranını uygula. Birden çok reaktifte en küçük n/katsayı ilerlemesi ürünü sınırlar; eşitlikte birlikte tükenme olabilir. %verim=100·gerçek/teorik, aynı ürün ve aynı birimle hesaplanır.
Adım adım bir örnek
Yalnız kâğıt üstü tam dönüşüm modelinde CaCO₃→CaO+CO₂ tepkimesi veriliyor. Saf 25 g CaCO₃ tamamen ayrışıyor; yan tepkime yok. M(CaCO₃)=100, M(CaO)=56, M(CO₂)=44 g/mol. Oluşan CaO ve CO₂ kütlelerini iki yolla bulunuz.
Mol zinciri
- 25/100=0,25 mol CaCO₃. Denklemde 1:1:1 mol oranı vardır.
- CaO=0,25·56=14 g; CO₂=0,25·44=11 g. Toplam 25 gdır.
Sınır: Tam ayrışma/tek tepkime modeli kullanılır; gerçek koşullarda hangi sıcaklıkta nasıl işlem yapılacağı söylenmez.
Denklemden kütle oranı
- 100 g CaCO₃ karşılığında 56 g CaO ve 44 g CO₂ oranı kurulur.
- 25/100 ölçeğiyle 14 ve 11 g bulunur. Katsayıların değil molar kütlelerin farklı gram oranı verdiği görülür.
Sınır: Mol ve molar kütleden türetilen aynı oranı kullanır; her 1:1 tepkimeyi 1:1 gram oranı saymaz.
Yalnız geride kalan katı tartılırsa neden başlangıçtaki 25 gın tamamı bu tek katıda kalmaz; kapalı sistem kütle korunumu yine nasıl sağlanır?
Hatayı bul
“Denklemde birer mol oranı varsa, iki maddenin gramları da her zaman eşittir.” İlk hata nedir?
İlk hatayı göster
İlk hata: Mol oranını molar kütleleri dikkate almadan kütle oranıyla özdeşleştirmek.
Gram için mol sayısı kendi molar kütlesiyle çarpılır. Örnekte 0,25 mol CaO 14 g, 0,25 mol CO₂ 11 gdır; mol sayıları eşitken gramları farklıdır.
İkinci soruda başlangıç CO 3 mol yerine 2 mol olur, O₂ 1 mol kalırsa ürün ve artan madde yorumu nasıl değişir?
İki reaktif de katsayılarına tam uygun miktardadır; birlikte tükenip 2 mol CO₂ oluşturur. CO artmaz. Mutlaka yalnız bir sınırlayıcı adı seçmek yerine birlikte tükenme açıklanır.
Dersin soruları
1Kâğıt üstü ideal modelde 2Mg+O₂→2MgO tepkimesi tam gerçekleşiyor. Saf 7,2 g Mg ile yeterinden fazla O₂ var; yan tepkime/ürün kaybı yok. M(Mg)=24 ve M(MgO)=40 g/mol. MgO kütlesi kaç gramdır?
Bu soruda hata mı var?2Yalnız kâğıt üstü tek tepkime modelinde 2CO+O₂→2CO₂ belirtilen yönde sınırlayıcı madde tükeninceye kadar tam ilerliyor. Başlangıçta 3 mol CO ve 1 mol O₂, ürün yok; yan tepkime yok. (Oluşan CO₂ molü, artan CO molü) hangisidir?
Bu soruda hata mı var?3Kâğıt üstü CuO+H₂→Cu+H₂O modelinde saf 20 g CuO ve fazla H₂ var. M(CuO)=80, M(Cu)=64 g/mol. Tek tepkimeye göre hesaplanan teorik Cu ürünüyle karşılaştırılmak üzere, saf ve kuru elde edilen Cu miktarı 10,4 g verilmiş. Yüzde verim kaçtır?
Bu soruda hata mı var?Kendini dene
Tüm soruları cevapla. Bitirince puanını ve zorlandığın noktaları göreceksin.
1Kâğıt üstü ideal modelde 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ tepkimesi tam ilerliyor; yan tepkime yok. Saf 5,4 g Al ile tam tepkimeye giren O₂ kütlesi kaç gramdır? (M(Al) = 27, M(O₂) = 32 g/mol)
2Kâğıt üstü bir tepkimede aynı ürünün teorik miktarı 20 g hesaplanmış; saf ve kuru olarak ölçülen gerçek miktar 17 g’dır. Başka bilgi verilmemiştir. Hangi yorum bu verilere uygundur?
3Kâğıt üstü tek tepkime modelinde 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ tam ilerliyor; yan tepkime yok. Başlangıçta 10,8 g saf Al ve 35,5 g saf Cl₂ vardır. Teorik AlCl₃ kütlesi kaç gramdır? (M(Al) = 27, M(Cl₂) = 71, M(AlCl₃) = 133,5 g/mol)
4Kâğıt üstü tam ilerleme modelinde A + 3B → 2C. Başlangıç karışımı 2 mol A ve 4,5 mol B içeriyor (C yok). Aşağıdaki değişikliklerden hangisi, başlangıç karışımına göre oluşan C molünü artırır?
5Kâğıt üstü tam ayrışma modelinde 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂. Saf 24,5 g KClO₃ ayrışıyor; saf ve kuru olarak elde edilen O₂ miktarı 7,2 g veriliyor. O₂ için yüzde verim kaçtır? (M(KClO₃) = 122,5, M(O₂) = 32 g/mol)
6Kâğıt üstü bir kayıtta CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O tepkimesinde yalnız su izleniyor. Saf kuru su olarak elde edilen miktar 10,8 g, yüzde verim %60 olarak veriliyor. Bu verimle 10,8 g saf kuru su elde edebilmek için başlangıçta alınması gereken saf CH₄ kütlesi (teorik hesapla) kaç gramdır? O₂ fazladır. (M(CH₄) = 16, M(H₂O) = 18 g/mol)
7Kurmaca iki denemede aynı kâğıt üstü tepkimenin aynı ürünü için teorik ürün her ikisinde de 25 g hesaplanmıştır. Saf ve kuru olarak ölçülen gerçek ürün A denemesinde 20 g, B denemesinde 15 g’dır; saflık ve ürün tanımı iki denemede aynıdır, başka bilgi yoktur. Hangi çıkarım verilere uygundur?
8Kâğıt üstü tam ayrışma modeli: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂. Saf 16,8 g NaHCO₃ açık bir kapta tamamen ayrışıyor; oluşan su buharı ve CO₂ kaptan tamamen çıkıyor. Kapta kalan katı Na₂CO₃ kütlesi ile tartıda görülen kütle azalması sırasıyla hangisidir? (M(NaHCO₃) = 84, M(Na₂CO₃) = 106, M(H₂O) = 18, M(CO₂) = 44 g/mol)
9Kâğıt üstü tam ilerleme modelinde N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Başlangıçta 28 g saf N₂ ve 5 g saf H₂ vardır; saf kuru olarak elde edilen NH₃ miktarı 17 g veriliyor. NH₃ için yüzde verim kaçtır? (M(N₂) = 28, M(H₂) = 2, M(NH₃) = 17 g/mol)
10Kurmaca denkleştirilmiş X + 2Y → Z tepkimesinde X’in molar kütlesi Y’ninkinin iki katıdır. X ve Y birlikte tamamen tükenecek oranlarda tepkimeye giriyor. m(X)/m(Y) kütle oranı kaçtır?
Aklında kaldı mı?
Sınırlayıcıyı neden yalnız en küçük gram veya mol sayısıyla seçmeyiz?
Gerekli tüketim oranı katsayılara bağlıdır. Her reaktifin molü kendi katsayısına bölünerek izin verdiği ilerleme karşılaştırılır; en küçük değer sınırlar, eşitlikte birlikte tükenme olabilir.
Yüzde verimin doğru payı, paydası ve birim koşulu nedir?
100·gerçek ürün/teorik ürün; aynı ürünün aynı birimindeki miktarları kullanılır. Başlangıç reaktif kütlesi otomatik olarak teorik ürün değildir.
Kaynak ve kontrol durumu
Bu ders Hepnot için hazırlandı; üçüncü taraf soru kitabından soru veya görsel aktarılmadı. Bu, başka içerikle benzerlik olmadığının garantisi değildir.
Branş editörü incelemesi ve müfredat eşleştirmesi sürüyor; bu nedenle ders taslak olarak işaretlidir.
Müfredat için başvurulacak kaynak: MEB öğretim programları.