6.4. Arvutused reaktsioonivõrrandi põhjal

Keemias tuleb sageli teha arvutusi reaktsioonivõrrandite põhjal. Selleks tuleks eelnevalt kirjutada rekatsioonivõrrand ja see ka tasakaalustada. Reaktsioonivõrrandis olevad kordajad näitavad reageerivate ja tekkivate ainete hulka moolides. Kuidas reaktsioonivõrrandi kordajaid arvutustes kasutada ning milliseid arvutusi reaktsioonivõrrandi alusel võib teha, saad vaadata järgmisest videost.

Allikas: https://youtu.be/m-orM45x_iw

Reaktsioonivõrrandi kordajad väljendavad reageerivate ainete hulkade suhet moolides.

Selleks, et teha arvutusi reaktsioonivõrrandite põhjal, tuleb kõigepealt aru saada, et reaktsioonivõrrandi kordajad väljendavad reageerivate ainete hulkade suhet moolides.

Võttes aluseks lihtsa keemilise reaktsiooni, kus hapniku ja vesiniku ühinemisel tekib vesi, saame kirja panna järgneva reaktsioonivõrrandi:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

See reaktsioonivõrrand näitab, et kaks mooli vesinikku reageerib ühe mooli hapnikuga ning tekib kaks mooli vett. Oletame, et meil on vaja saada aga 10 mooli vett. Tasakaalus reaktsioonivõrrandi kohaselt on meil aga kaks mooli vett. Selleks, et saada 10 mooli vett, tuleb võtta viiekordne kogus aineid. Seega saame öelda, et 10 mooli vee saamiseks on vaja:

vesinikku 5 $\times $ 2 mol = 10 mol

hapnikku 5 $\times $ 1 mol = 5 mol

Arvutusülesannete lihtsamaks lahendamiseks võid juhinduda järgnevatest sammudest:

1. Loe ülesande tekst mõttega läbi ning pane paika lähteained ja saadused.
2. Kirjuta tekstile vastav reaktsioonivõrrand ning tasakaalusta see.
3. Kirjuta välja andmed ja otsitav.
4. Lähteainete mass või ruumala tuleb ümber arvutada moolideks.
5. Kasutades moolsuhet (reaktsioonivõrrandi kordajaid) leia otsitava aine hulk moolides.
6. Vajadusel arvuta otsitava aine moolid ümber massiks või ruumalaks.

Tuleta varasemast meelde ka järgmised valemid, mida arvutustes võib vaja minna. Ainehulga leidmise valemid:

$n=\frac{m}{M}$

n – ainehulga tähis (ühik mool, lühend mol)
m – aine massi (ühik gramm)
M – molaarmass (ühik g/mol).

$n=\frac{N}{N_{A}}$

n – ainehulga tähis (ühik mool, lühend mol)
N – aineosakeste arv (ühik aineosakene)
N_A – Avogadro arv, mille väärtus on 6,02 ×10²³ aineosakest/mol.

$n=\frac{V}{V_{m}}$

n – ainehulga tähis (ühik mool, lühend mol)
V – aine ruumala (ühik dm³)
V_m – molaarruumala (väärtus 22,4 dm³/mol)

Näidisülesanne 1. Moolilt moolile üleminek

1. Loeme teksti läbi ning paneme kirja lähteained, milleks hetkel on vesinik ja hapnik.	Mitu mooli hapniku kulub reageerimiseks 12 mol vesinikuga?
2. Kirjutame ja tasakaalustame tekstile vastava reaktsioonivõrrandi.	2H2 + O2 → 2H2O
3. Kirjutame välja andmed ja otsitava.	n(H2) = 12 mol n(O2) = ?
4. Antud hetkel on vaja leida ühe aine moolid teise aine moolide järgi. Seega ei pea üle minema ei massile ega ruumalale, vaid lihtsalt arvestama moolsuhet.	Tasakaalustatud reaktsioonivõrrandist on näha, et H2 ja O2 moolsuhe on 2:1. Kirjutame välja järgneva seose:  2 – 1 12 mol – x mol
5. Avaldame hapniku moolid.	$n(O_{2})=\frac{12\ mol\times 1}{2}= 6\ mol$ Kui Sa ei soovi seost välja kirjutada, võid ka mõelda, et vesinikku on hetkel 2 korda rohkem kui hapniku, järelikult peab olema hapniku 2 korda vähem võrreldes vesinikuga ning sellest tulenevalt saad arvutada n(O2) = 12 mol / 2 = 6 mol

Näidisülesanne 2. Moolilt massile üleminek

1. Loeme teksti läbi ning paneme kirja, et nii vesinik kui ka hapnik on hetkel lähteained ning tekib vesi.	Mitu grammi vett tekib, kui hapnik reageerib 2 mol vesinikuga?
2. Kirjutame ja tasakaalustame tekstile vastava reaktsioonivõrrandi.	2H2 + O2 → 2H2O
3. Kirjutame välja andmed ja otsitava.	n(H2) = 2 mol m(H2O) = ?
4. Antud hetkel on vaja leida ühe aine mass teise aine moolide järgi. Seega tuleb kõigepealt leida vee moolid, arvestades moolsuhet.	Tasakaalustatud reaktsioonivõrrandist on näha, et H2 ja H2O moolsuhe on 2:2 ehk moolide arvud on võrdsed.  Sellest saame järeldada, et ka n(H2O) = 2 mol.
5. Meie käest küsiti aga vee massi. Moolid ja massid sidus järgnev valem:	$n=\frac{m}{M}$
6. Avaldame valemist massi.	m = n $\times $ M
7. Leiame H2O molaarmassi.	M(H2O) = 2 $\times $ 1 + 16 = 18 g/mol
8. Leiame H2O massi.	m = n $\times $ M = 2 mol $\times $ 18 g/mol = 36 g

Näidisülesanne 3. Moolilt ruumalale üleminek

1. Loeme teksti läbi ning paneme kirja, et nii vesinik kui ka hapnik on hetkel lähteained.	Mitu kuupdetsimeetrit hapnikku reageerib 3 mol vesinikuga?
2. Kirjutame ja tasakaalustame tekstile vastava reaktsioonivõrrandi.	2H2 + O2 → 2H2O
3. Kirjutame välja andmed ja otsitava.	n(H2) = 3 mol V(O2) = ?
4. Antud hetkel on vaja leida ühe aine ruumala teise aine moolide järgi. Seega tuleb kõigepealt leida hapniku moolid, arvestades moolsuhet.	Tasakaalustatud reaktsioonivõrrandist on näha, et H2 ja O2 moolsuhe on 2:1 ehk hapniku on 2 korda vähem. Sellest saame järeldada, et n(O2) = 3 mol / 2 = 1,5 mol.
5. Meie käest küsiti aga hapniku ruumala. Moolid ja ruumala sidus järgnev valem:	$n=\frac{V}{V_{m}}$
6. Avaldame valemist ruumala.	V = n $\times $ Vm
7. Leiame hapnikku ruumala.	V = n $\times $ Vm = 1,5 mol $\times $ 22,4 dm3/mol = 33,6 dm3

Näidisülesanne 4. Massilt ruumalale üleminek

1. Loeme teksti läbi ning paneme kirja, et nii vesinik kui ka hapnik on hetkel lähteained.	Mitu kuupdetsimeetrit hapnikku reageerib 6 grammi vesinikuga?
2. Kirjutame ja tasakaalustame tekstile vastava reaktsioonivõrrandi.	2H2 + O2 → 2H2O
3. Kirjutame välja andmed ja otsitava.	m(H2) = 6 g V(O2) = ?
4. Siinkohal tuleb meeles pidada, et moolide hulk seob reaktsioonivõrrandis kahte ainet omavahel.	Seega tuleb kõigepealt leida moolide arv ainele, mille kohta algandmetes on infot. Kuna vesiniku mass on antud, saab leida ka vesiniku moolide arvu, kasutades valemit: $n=\frac{m}{M}$ M(H2) = 2 $\times $ 1 = 2 g/mol $n(H_{2})=\frac{6\ g}{2\  g/mol}= 3\ mol$
5. Kui me teame vesiniku moolide arvu, saame leida ka hapniku moolide arvu.	Tasakaalustatud reaktsioonivõrrandist on näha, et H2 ja O2 moolsuhe on 2:1 ehk hapniku on 2 korda vähem. Sellest saame järeldada, et n(O2) = 3 mol / 2 = 1,5 mol.
6. Meie käest küsiti aga hapniku ruumala.	Moolid ja ruumala sidus järgnev valem: $n=\frac{V}{V_{m}}$
7. Avaldame valemist ruumala.	V = n $\times $ Vm
8. Leiame hapniku ruumala.	V = n $\times $ Vm = 1,5 mol $\times $ 22,4 dm3/mol = 33,6 dm3