عدد مولات الأكسجين اللازمة لحرق 5 مولات من البيوتان في ولاعة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. من أجل معرفة عدد مولات الأكسجين المطلوبة لا بد من البدء بفهم أساسيات المعادلات الكيميائية وطرق موازنتها ، بالإضافة إلى طرق استنتاج عدد مولات كل مكون من مكوناته المطلوبة لإتمام التفاعل. وهي من اساسيات العلوم الكيميائية لطلبة الثانوية العامة.
مفهوم المعادلات الكيميائية
المعادلة الكيميائية هي رموز وأرقام مكتوبة تمثل التفاعل الذي يحدث بطريقة كيميائية ، حيث توضع المواد المتضمنة في التفاعل على يسار السهم ، بينما توضع نواتج التفاعل على يمين السهم ، و بعض التفاعلات لها اتجاهان ، وتفصل علامة الجمع بين مكونات التفاعل ومكونات النواتج ، وتمثل الأرقام الموجودة على جانبي المكونات الأرقام النسبية لكل مكون. تنقسم المعادلات الكيميائية إلى:
- معادلات غير متوازنة تحتوي على مكونات التفاعل والنواتج دون ذكر النسبة بينها.
- معادلات متوازنة تحتوي على نفس عدد ذرات المواد ، وفي حالة الأيونات ، يكون مجموع الشحنات السالبة والموجبة متساويًا على طرفي المعادلة.
عدد مولات الأكسجين اللازمة لحرق 5 مولات من البيوتان في ولاعة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء
لحل هذه المشكلة التي قد يعتقد الطلاب أنها معقدة ، من الضروري أولاً معرفة المعادلة الأساسية التي أدت إلى حدوث تفاعل الاحتراق في نص المشكلة ، والمعادلة الكيميائية التي تعبر عن المشكلة السابقة هي:
2C4H10 + 13O2 -> 10H2O + 8CO2
المعادلة السابقة هي معادلة متوازنة ، ونلاحظ أنه على الجانب الأيسر من التفاعل لدينا لكل جزيئين من البيوتان 13 جزيء من غاز الأكسجين ، لذلك يمكننا عمل النسبة التالية:
لكل 2 مول من البيوتان ، يلزم 13 مول من الأكسجين
تتطلب كل 5 مولات من البيوتان مولًا واحدًا من الأكسجين
x = 5 x 13/2 = 65/2 = 32.5 مول من الأكسجين مطلوبة لحرق 5 مولات من البيوتان ، لذا فإن الإجابة هي:
- 32.5 مول من الأكسجين.
استنتج معادلة احتراق البوتان بغاز الأكسجين لإعطاء الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون وتوازنه.
من أجل استنتاج المعادلة التي تعبر عن التفاعل ، من الضروري حفظ بعض رموز العناصر الأساسية ، مثل رمز الأكسجين ، ورمز الماء ، ورمز ثاني أكسيد الكربون ، ورمز البيوتان ، ثم الخطوات التالية هي يتبع:
- نكتب المعادلة الأولية للتفاعل ، وهي C4H10 + O2 -> H2O + CO2.
- نلاحظ أن عدد ذرات الكربون هو 4 في الجانب الأول ، وواحدة في الجانب الثاني ، لذلك يمكن ضرب عدد جزيئات ثاني أكسيد الكربون في 4 ، بحيث يكون لدينا 4 ذرات كربون تدخل المعادلة و 4 ذرات كربون مغادرة التفاعل ، فتصبح المعادلة C4H10 + O2 -> H2O + 4CO2
- عدد ذرات الهيدروجين هو 10 في النهاية الأولى ، بينما هو 2 فقط في النهاية الثانية في الماء ، لذلك يتم ضرب عدد جزيئات الماء في 5 بحيث يكون لدينا 10 ذرات هيدروجين في المدخلات والمخرجات للمعادلة ، لذلك تصبح المعادلة: C4H10 + O2 -> 5H2O + 4CO2
- بحساب عدد ذرات الأكسجين ، نلاحظ أن لدينا ذرتين من الأكسجين في المدخلات التي تشكل جزيء غاز الأكسجين ، بينما يتم ضرب ذرة الأكسجين في الماء في 5 ، ويتم ضرب ذرتين من الأكسجين من غاز ثاني أكسيد الكربون في 4 ، والنتيجة هي 5 + 8 = 13 ذرة في الخرج.
- لذلك يتم ضرب جزيء الأكسجين في 13/2 ، بحيث يكون هناك 13 ذرة أكسجين في المدخلات و 13 ذرة أكسجين في المخرجات.
- تصبح المعادلة C4H10 +13/2 O2 -> 5 H2O + 4CO2
- لكن من الصعب إدخال عدد غير صحيح من المواد ، لذلك تمتلئ جميع مكونات جانبي المعادلة بالرقم 2 ، بحيث يكون هناك عدد صحيح من جزيئات الأكسجين.
أخيرًا ، تم حل المشكلة الكيميائية عدد مولات الأكسجين اللازمة لحرق 5 مولات من البيوتان في ولاعة لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. تم عرض عدد مولات الأكسجين المطلوبة ، وهي 32.5. كما تم شرح مفهوم المعادلات الكيميائية ، بالإضافة إلى شرح طريقة استنتاج المعادلة الكيميائية التي تعبر عن احتراق البيوتان ، وتوضيح خطوات طريقة موازنته.