Reakce mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou je jednou z nejznámějších chemických reakcí. Často se používá pro vzdělávací účely k demonstraci důležitých principů chemie. Jednou ze zajímavých otázek při provádění takové reakce je množství vyrobeného vodíku, které lze určit výpočty na základě hmotnosti použitých reaktantů.
V tomto případě máme železo o hmotnosti 11,2 g a kyselinu chlorovodíkovou. Železo reaguje s kyselinou chlorovodíkovou a vytváří vodík a chlorovodík. Reakční rovnice bude vypadat následovně:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Nyní k určení množství vyrobeného vodíku (H2), musíme znát množství produkované látky železa a jeho poměr k vodíku v reakční rovnici. Pomocí molárních hmotností látek můžeme toto množství vypočítat poměrem hmotnosti a molární hmotnosti:
mol = hmotnost / molární hmotnost
Začátek reakce
Reakce mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou začíná kontaktem těchto látek. Zpočátku se v důsledku interakce železa a kyseliny chlorovodíkové tvoří ionty železa (Fe2+) a vodíkové ionty (H+). Reakce probíhá podle následující rovnice:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
Kde Fe označuje železo, HCL kyselinu solnou, FeCl2 solnou sůl železa – II a H2 Molekulární vodík.
Mezní poměr mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou je 1:2, což naznačuje, že na každý mol železa je potřeba 2 mol kyseliny chlorovodíkové, aby celá reakce proběhla.
Pro další výpočet množství vyrobeného vodíku je nutné znát hmotnost železa. V tomto případě je hmotnost železa 11,2 g. pro výpočet množství vyrobeného vodíku byste měli použít poměr hmotnosti a molární hmotnosti:
Hmotnost = mol × molární hmotnost
Molární hmotnost železa je 55,8 g/mol a molární hmotnost vodíku je 1 g / mol.
Pro výpočet množství vyrobeného vodíku by tedy měl být použit poměr:
11,2 g železa = N G vodíku
55,8 g/mol železa = 1 g / mol vodíku
Vložením dat do poměru lze vypočítat množství vyrobeného vodíku v gramech.
Reakce mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou umožňuje získat důležitý chemický prvek - vodík, který má širokou škálu aplikací a je důležitou složkou většiny chemických reakcí.
Množství reagujících látek
Pro výpočet hmotnosti látek zapojených do chemické reakce je třeba vzít v úvahu původní údaje. V tomto případě je železo o hmotnosti 11,2 g a kyselina chlorovodíková.
Hmotnost kyseliny chlorovodíkové není uvedena, ale pro výpočet se používá chemická reakční rovnice mezi železem a kyselinou chlorovodíkovou:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Z rovnice je patrné, že k reakci jednoho molu železa jsou zapotřebí dva moly kyseliny chlorovodíkové. Proto je molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové dvakrát větší než molární hmotnost železa.
Pro výpočet hmotnosti vodíku, který vzniká při reakci, je nutné znát hmotnost kyseliny chlorovodíkové odpovídající hmotnosti železa.
- Vypočítáme počet molů železa:
Molární hmotnost železa (Fe) je 55,85 g/mol.
Počet molů Fe = hmotnost Fe / molární hmotnost Fe = 11,2 g / 55,85 g / mol = 0,2 mol
- Vypočítáme počet molů kyseliny chlorovodíkové (HCl) požadovaných pro reakci:
Podle reakční rovnice vyžaduje reakce jednoho molu železa dva moly kyseliny chlorovodíkové. Počet molů HCl = 0,2 mol*2 = 0,4 mol.
Pro výpočet hmotnosti kyseliny chlorovodíkové používáme molární hmotu HCl.
Molární hmotnost HCl je 36,461 g / mol.
Hmotnost HCl = počet molů HCl * molární hmotnost HCl = 0,4 mol * 36,461 g / mol = 14,5844 g
Hmotnost kyseliny chlorovodíkové potřebná k reakci se železem o hmotnosti 11,2 g je tedy přibližně 14,6 g. Současně vzniká stejné množství molů vodíku (H2) stejně jako množství molů kyseliny chlorovodíkové (HCl). Pomocí molární hmotnosti vodíku, která je 2,016 g / mol, lze vypočítat hmotnost vyrobeného vodíku:
Hmotnost H2 = počet molů H2 * molární hmotnost H2 = 0,4 mol * 2,016 g / mol = 0,8064 g.
Při reakci železa o hmotnosti 11,2 g s kyselinou chlorovodíkovou se tedy vytvoří přibližně 0,8064 g vodíku.
Molární hmotnost železa a kyseliny chlorovodíkové
Molární hmotnost železa (Fe) je přibližně 55,85 g/mol. To znamená, že hmotnost jednoho molu železa je 55,85 g.
Molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové (HCl) je přibližně 36,46 g/mol. To znamená, že hmotnost jednoho molu kyseliny chlorovodíkové je 36,46 g.
Nyní, abychom vypočítali množství produkovaného vodíku, musíme znát poměr mezi hmotností železa a kyseliny chlorovodíkové. Tento poměr je dán poměrem koeficientů reakční rovnice.
Z rovnice reakce:
| Fe | + | 2HCl | = | FeCl2 | + | H2 |
Vidíme, že každá molekula železa představuje 2 molekuly kyseliny chlorovodíkové. Na každý mol železa by se tedy mělo vytvořit 1 mol vodíku.
Nyní můžeme vypočítat množství vyrobeného vodíku, když známe hmotnost železa:
Hmotnost železa = 11,2 g
Molární hmotnost železa = 55,85 g / mol
Hmotnost železa v molech = hmotnost železa / molární hmotnost železa = 11,2 g / 55,85 g / mol = 0,2 mol
Protože na každý mol železa připadá 1 mol vodíku, dostaneme:
Množství vodíku = množství železa * 1 mol = 0,2 mol * 1 = 0,2 mol
Nyní víme, že při reakci železa o hmotnosti 11,2 g se kyselinou chlorovodíkovou vzniká 0,2 molu vodíku.
Reakční koeficienty
Při studiu reakcí v chemii je velmi důležité znát reakční koeficienty. Reakční koeficienty udávají množství látky zapojené do chemické reakce. Koeficienty jsou zaznamenány před vzorci látek a indikují jejich vzájemný poměr. Pokud je například v reakční rovnici napsán koeficient 2 před vzorcem látky, znamená to, že látka se na reakci podílí dvakrát více než jiné látky s koeficientem 1.
Reakční koeficienty jsou důležité při výpočtu množství látky zapojené do reakce. K tomu je třeba znát hmotnost látky, reakční koeficienty a molární hmotnost látek. Při znalosti hmotnosti jedné z látek lze vypočítat hmotnost jiné látky zapojené do reakce.
Například při reakci železa o hmotnosti 11,2 g s kyselinou chlorovodíkovou lze vypočítat hmotnost vytvořeného vodíku. K tomu je nutné znát reakční koeficienty a molární hmotnosti látek. Podle reakční rovnice je známo, že jedna molekula kyseliny chlorovodíkové vyžaduje 2 molekuly železa a vzniká 1 molekula vodíku.
Pomocí poměru mezi hmotností a množstvím látky lze vypočítat hmotnost vodíku vzniklého při dané reakci. Při znalosti hmotnosti železa a molárních hmotností látek lze vypočítat mol železa. Poté pomocí reakčních koeficientů lze vypočítat množství mol jiných látek a nakonec vypočítat hmotnost vodíku.
Hmotnost vodíku
Při reakci železa o hmotnosti 11,2 g se kyselinou chlorovodíkovou vzniká vodík. K vyřešení tohoto problému je třeba použít reakční rovnici:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Z rovnice je zřejmé, že k vytvoření 1 molekuly vodíku potřebujete 2 molekuly kyseliny chlorovodíkové. Je také známo, že molární hmotnost vodíku (H2) je přibližně 2 g/mol.
Pro výpočet hmotnosti vyrobeného vodíku lze použít poměr:
2 g/mol (H2) = x g/mol
kde x je hmotnost vodíku, která nás zajímá.
Nyní můžeme přejít k výpočtu:
2 g/mol (H2) = x g/mol
x = 2 g / mol * 0,5 mol (H2)
Při reakci železa o hmotnosti 11,2 g s kyselinou chlorovodíkovou se tedy vytvoří 1 g vodíku.
Mol vodíku
Mol vodíku se již dlouho stal standardní jednotkou v chemii. Mol vodíku je 6,022 x 10^23 atomů vodíku. Toto číslo se nazývá Avogadrova konstanta a je označeno písmenem N.
V chemických reakcích se hmotnost reagujících látek obvykle vyjadřuje v gramech. Pomocí molární hmotnosti vodíku (1 g/mol) lze vypočítat množství gramů vodíku vytvořeného v chemické reakci.
V tomto případě, při reakci železa s kyselinou chlorovodíkovou, lze pro výpočet množství produkovaného vodíku použít reakční rovnici a molární proporce.
Molární hmotnost železa (Fe) je 55,85 g/mol a molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové (HCl) je 36,46 g/mol.
Vzhledem k tomu, že reakční rovnice ukazuje, že každý atom železa (Fe) představuje 2 molekuly kyseliny chlorovodíkové( HCl), pak lze pro výpočet množství vyrobeného vodíku použít molný poměr:
1 mol Fe = 2 mol HCl = 2 mol H2
Nyní lze vypočítat počet molů vodíku:
Hmotnost železa (Fe) = 11,2 g
Počet molů železa = hmotnost železa (g) / molární hmotnost železa (g/mol)
Počet molů železa = 11,2 g / 55,85 g / mol = 0,20 mol
Počet molů H2 = 2 * počet molů železa = 2 * 0,20 mol = 0,40 mol
Nyní lze vypočítat hmotnost vyrobeného vodíku:
Hmotnost vodíku (H2) = počet molů vodíku * molární hmotnost vodíku (g/mol)
Hmotnost vodíku (H2) = 0,40 mol * 2 g / mol = 0,80 g
Při reakci železa o hmotnosti 11,2 g s kyselinou chlorovodíkovou se tedy vytvoří 0,80 g vodíku.
Hmotnostní podíl vodíku
V tomto úkolu máme reakci železa (Fe) o hmotnosti 11,2 g s kyselinou chlorovodíkovou (HCl). Kyselina chlorovodíková se rozkládá na vodík (H2) a chlorovodík (HCl). Naším úkolem je určit hmotnostní podíl vodíku ve výsledné látce.
K vyřešení tohoto problému je nutné znát molární hmotnost všech látek zapojených do reakce. Molární hmotnost železa (Fe) je 55,85 g/mol a molární hmotnost kyseliny chlorovodíkové (HCl) je 36,46 g/mol.
Nejprve zjistíme množství látky železa:
- Množství železa (Fe):
- n(Fe) = m(Fe) / M(Fe)
- n (Fe) = 11,2 g / 55,85 g / mol = 0,2 mol
Poté zjistíme množství látky kyseliny chlorovodíkové:
- Množství kyseliny chlorovodíkové (HCl):
- n(HCl) = m(HCl) / M(HCl)
- n (HCl) = 11,2 g / 36,46 g / mol = 0,31 mol
Vzhledem k tomu, že kyselina chlorovodíková se rozkládá na vodík a chlorovodík v poměru 1:1, množství látky vodíku (H2) se rovná množství látky kyseliny chlorovodíkové.
Najdeme hmotnost vodíku:
- Hmotnost vodíku (H2):
- m(H2) = n(H2) * M(H2)
- m (H2) = 0,31 mol * 2 g / mol = 0,62 g
Při reakci železa o hmotnosti 11,2 g s kyselinou chlorovodíkovou se tedy vytvoří 0,62 g vodíku.