Все формулы РФ

Химия / Стехиометрия

Расчет массы продукта по уравнению реакции

Массу продукта по уравнению реакции находят через моли исходного вещества, коэффициентное отношение и молярную массу продукта.

Опубликовано: Обновлено:

Школьная программаОГЭЕГЭСтехиометрияБазовые химические расчетыКалькуляторЕсть историческая справка

Формула

$$m_B=\frac{m_A}{M_A}\cdot\frac{\nu_B}{\nu_A}\cdot M_B$$
Схема Масса - моли - моли - масса

Цепочка показывает переход от массы реагента к массе продукта через коэффициенты.

Коэффициенты реакции применяют только к количествам вещества.

Обозначения

$m_B$
масса продукта B, г
$m_A$
масса исходного вещества A, г
$M_A$
молярная масса A, г/моль
$\nu_A, \nu_B$
коэффициенты веществ A и B в уравнении, безразмерные
$M_B$
молярная масса продукта B, г/моль

Условия применения

  • Уравнение реакции должно быть правильно уравнено.
  • Исходное вещество A должно быть ограничивающим реагентом или единственным заданным реагентом.
  • Масса A относится к чистому веществу; примеси учитывают до стехиометрического расчета.

Ограничения

  • Формула дает теоретическую массу продукта при полном протекании реакции.
  • Если есть выход реакции меньше 100%, практическую массу находят отдельным умножением на выход.
  • Для реакций с несколькими реагентами сначала нужно определить, какой реагент в недостатке.

Подробное объяснение

Стехиометрический расчет массы продукта строится на том, что коэффициенты уравнения показывают отношение количеств вещества. Поэтому первая операция - перевод массы исходного вещества в моли через n = m/M.

После этого используют коэффициентное отношение. Если уравнение показывает, что 2 моль A дают 1 моль B, количество B будет в два раза меньше количества A. Этот переход нельзя выполнять с граммами, потому что разные вещества имеют разные молярные массы.

Последний шаг - перевод молей продукта в массу через m = nM. Так получается теоретическая масса продукта, возможная при полном превращении ограничивающего реагента. Если реакция идет не полностью, отдельно учитывают выход.

Формула отличается от массовой доли и концентрации тем, что описывает химическое превращение. Здесь важны коэффициенты уравнения, а не только состав смеси или раствора. Поэтому любой расчет начинается с уравнивания реакции.

Как пользоваться формулой

  1. Запишите и уравняйте химическое уравнение.
  2. Найдите молярную массу исходного вещества и продукта.
  3. Переведите массу исходного вещества в количество вещества.
  4. По коэффициентам найдите количество вещества продукта.
  5. Переведите количество продукта в массу и отдельно учтите выход, если он задан.

Историческая справка

Расчеты по уравнениям реакций стали возможны после установления законов сохранения массы, постоянства состава и кратных отношений. Химики поняли, что реакции подчиняются устойчивым количественным соотношениям, а позднее атомно-молекулярная теория объяснила эти соотношения числом частиц. С развитием молярных масс стехиометрия стала практическим инструментом: можно было заранее рассчитать массу продукта из известной массы реагента. В школьной химии этот алгоритм остается центральным, потому что связывает химическое уравнение с реальной лабораторной массой и показывает, почему коэффициенты нельзя читать как граммы. Позднее эта запись закрепилась в учебных курсах как короткий расчетный прием: она связывает измеряемые величины с химической моделью и позволяет ученику проверить не только число, но и выбранный способ рассуждения.

Пример

Найдем массу CO2, которая образуется при разложении 50 г CaCO3: CaCO3 -> CaO + CO2. Молярная масса CaCO3 равна 100 г/моль, поэтому n(CaCO3)=50/100=0,5 моль. По коэффициентам 1 моль CaCO3 дает 1 моль CO2, значит n(CO2)=0,5 моль. Молярная масса CO2 равна 44 г/моль, поэтому m(CO2)=0,5*44=22 г. В одной строке: mB = 50/100 * 1/1 * 44 = 22 г. Это теоретическая масса; при выходе 80% фактически получили бы 17,6 г. Дополнительная проверка результата состоит в том, чтобы вернуть найденную величину в исходную формулу и убедиться, что единицы сокращаются именно так, как требует химический смысл задачи.

Частая ошибка

Частая ошибка - сравнивать массы веществ по коэффициентам напрямую. Коэффициенты относятся к молям, а не к граммам. Вторая ошибка - не уравнять реакцию перед расчетом. Третья ошибка - забыть про ограничивающий реагент, если в условии даны массы двух исходных веществ. Также нельзя сразу применять процент выхода, пока не найдена теоретическая масса продукта.

Практика

Задачи с решением

Разложение карбоната

Условие. Сколько CO2 получится из 100 г CaCO3?

Решение. n(CaCO3)=100/100=1 моль. По уравнению 1:1, n(CO2)=1 моль. m=1*44=44 г.

Ответ. 44 г CO2

Горение углерода

Условие. Сколько CO2 получится из 12 г C по реакции C + O2 -> CO2?

Решение. n(C)=12/12=1 моль. n(CO2)=1 моль. m(CO2)=44 г.

Ответ. 44 г

Вода из водорода

Условие. Сколько воды получится из 4 г H2 по реакции 2H2 + O2 -> 2H2O?

Решение. n(H2)=4/2=2 моль. По коэффициентам n(H2O)=2 моль. m=2*18=36 г.

Ответ. 36 г H2O

Калькулятор

Посчитать по формуле

Введите значения и нажмите «Рассчитать».

Дополнительные источники

  • OpenStax Chemistry 2e: Reaction Stoichiometry
  • Chemistry LibreTexts: Stoichiometric Calculations
  • IUPAC Gold Book: stoichiometric number

Связанные формулы

Химия

Выход продукта реакции

$\eta=\frac{m_{\text{практ}}}{m_{\text{теор}}}\cdot 100\%$

Выход реакции показывает, какую часть теоретически возможного продукта реально получили. Его находят как отношение практической массы продукта к теоретической.

Химия

Расчет объема газа по уравнению реакции

$V_B=\frac{m_A}{M_A}\cdot\frac{\nu_B}{\nu_A}\cdot V_m$

Объем газообразного продукта по уравнению реакции находят через количество исходного вещества, коэффициенты реакции и молярный объем газа.