Genel Kimya. Bölüm 4: Kimyasal Tepkimeler

Transkript

1 Genel Kimya İlkeler ve Modern Uygulamalar Petrucci Harwood Herring 8. Baskıdan Çeviri Bölüm 4: Kimyasal Tepkimeler Çeviri Editörleri Slide 1 of 9 Tahsin Uyar Serpil Aksoy

2 Kimyasal Tepkimeler ve Kimyasal Slide of 9 Eşitlikler Kimyasal tepkimeler bir ya da bir kaç maddenin (tepkenler) yeni bir bileşik grubuna (ürünlere) dönüştürülmesi işlemidir. Bir tepkime olduğunu söyleyebilmek için kanıtlara gereksinim vardır: renk değişimi çökelek oluşumu gaz çıkışı ısı salınması veya soğurulması Bu kanıtlar yoksa tepkime karışımının analizi gerekebilir.

3 Kimyasal Tepkime Denklemi Azot monoksit + oksijen azot dioksit 1. Adları kimyasal formüllerle değiştirelim: NO + O NO Sol tarafta 3 O atomu, sağ tarafta O atomu bulunmaktadır. Bir tepkimede atomlar var ya da yok edilemeyeceğine göre eşitlik denkleşmek zorundadır.. Atom sayılarını eşitleyelim: NO + O NO stokiyometrik katsayılar Slide Denkleştirilmiş 3 of 9 eşitliğin her General iki Chemistry: tarafında Chapter iki 4 N ve dört O atomu Prentice-Hall vardır. 00

4 Tepkime Denklemini Denkleştirirken Dikkat! Bir kimyasal denklemin (KD) denkleştirilmesi, yalnızca formüllerin katsayıları ayarlanarak yapılabilir Asla denklem dışı formüller ilave edilmemelidir. (yanlış) NO + O NO + O Denklemi denkleştirmek amacıyla formüller değiştirilmemelidir. Slide 4 of 9 (yanlış) NO + O General Chemistry: NO Chapter 4 3

5 Slide 5 of 9 Kimyasal Tepkime Denklemi Denklemlerin denkleştirilmesi için izlenecek yol: Denklemin her iki tarafında birer bileşikte aynı element mevcutsa önce onu denkleştiriniz. Giren madde veya oluşan ürünlerden biri serbest element olarak bulunuyorsa, onu en son denkleştiriniz. Bazı tepkimelerde belirli atom grupları (örneğin çok atomlu iyonlar) değişmeden kalır. Katsayılar tam sayı ya da kesirli sayı olabilir. Tüm katsayıları uygun bir çarpanla çarparak kesirli sayılardan kurtulabilirsiniz.

6 Maddenin Halleri ve Tepkime Koşulları Kimyasal denklemlerde tepkenlerin ve ürünlerin halleri (fiziksel durumları) parantez içinde simgelerle gösterilir. (g) gaz (s) sıvı (k) katı (aq) sulu çözelti C 6 H 14 O 4 (s) + 15 O (g) 1 CO (g) + 14 H O(s) Bir denklemde tepkime koşulları okun üstüne ya da altına yazılır. Ag O (k) 4 Ag(k) + O (g) yüksek sıcaklık Slide 6 of 9 CO (g) + H (g) 350 C 340 atm ZnO, Cr O 3 CH 3 OH(g) sıcaklık basınç katalizör

7 Örnek 4.1 Bir denklemin denkleştirilmesi Amonyak ve oksijen koşullara göre değişik tepkimeler verebilir. Aşağıdaki tepkime bunlardan biridir. Bu tepkime denklemini denkleştiriniz. NH 3 + O N + H O Çözüm: Önce N eşitlenir: NH 3 + O N + H O H atomlarının denkliği sağlanır: NH 3 + O N + 3H O O atomları da eşitlenir: NH 3 + 3/O N + 3H O Denklemdeki tüm katsayıları tam sayı yapmak için her iki taraf ile çarpılır: Slide 7 of 9

8 4NH 3 + 3O N + 6H O (eşitlendi) Son Kontrol: Her iki yanda da 6 O, 1 H ve 4 N atomu vardır ve denklem denkleştirilmiştir. Slide 8 of 9

9 Alıştırma A :Aşağıdaki denklemleri denkleştiriniz a) H3PO4 CaO Ca 3(PO4 ) HO b) C3H8 O CO HO Alıştırma B :Şu tepkimeleri denkleştiriniz a) NH3 O NO HO b) NO NH3 N HO Slide 9 of 9

10 Örnek 4. Bir eşitliğin yazılıp denkleştirilmesi Sıvı trietilen glikol, C 6 H 14 O 4, vinil ve poliüretan plastikleri için çözücü olarak kullanılır. Bu bileşiğin tam yanmasına ait denklemi yazıp denkleştiriniz. Slide 10 of 9 Trietilen glikol

11 Çözüm 4.: Karbon-hidrojen-oksijen içeren bileşikler oksijen gazı ile yakıldığında karbon dioksit ve su verirler. C 6 H 14 O 4 + O vardır Slide 11 of ve 9 denklem denkleştirilmiştir. CO + H O C eşitliği: C 6 H 14 O 4 + O 6 CO + H O H eşitliği: C 6 H 14 O 4 + O 6 CO + 7 H O O eşitliği: C 6 H 14 O / O 6 CO + 7 H O Denklemdeki tüm katsayıları tam sayı yapmak için her iki taraf ile çarpılır: C 6 H 14 O O 1 CO + 14 H O Son Kontrol: Her iki yanda da 1 C, 8 H ve 38 O atomu

12 Alıştırma A :Civa (II) sülfür ve kalsiyum oksitten, kalsiyum sülfür, kalsiyum sülfat ve civa metali veren tepkimenin denklemini yazınız ve denkleştiriniz. Alıştırma B : İndigo boyalarının üretiminde kullanılan tiyosalisilik asit, C 7 H 6 O S, bileşiğinin yanma eşitliğini yazınız ve denkleştiriniz. Slide 1 of 9

13 Maddenin Halleri Kimyasal Tepkimeler Tepkimelere giren maddeler katı (k), sıvı (s) veya gaz (g) olabilir. Maddelerin fiziksel durumu parantez içinde belirtilir. Simgeler: (g) :gaz (s) :sıvı (k) :katı (aq): sulu Örnek: Trietilen glikolün yanması: C 6 H 14 O 4 (s) + O (g) CO (g) + H O (s) Slide 13 of 9

14 Tepkime Koşulları Kimyasal Tepkimeler Tepkime koşulları genellikle okun üstüne veya altına ayazılır. Örnekler: 1. Gümüş oksitin bozunması AgO (k) 4Ag (k) O(g) : yüksek sıcaklık gereksinimini ifade eder.. Metanol Sentezi (BASF yöntemi) 330 C CO (g) H 4CH3OH(g) 350 atm o ZnO,Cr O 3 Slide 14 of 9

15 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Yunancada stoicheion sözcüğü element anlamına gelir. Anlam olarak stokiyometri element ölçüsü demektir. Formüller ve kimyasal denklemlerle ilgili tüm sayısal ilişkileri içerir. H (g) + O (g) H O(s) molekül H + 1 molekül O molekül H O x molekül H + x molekül O x molekül H O x = 6.014x10 3 (Avagadro sayısı kadar) alındığını varsayalım. Bu durumda x molekül sayısı 1 mol demektir. Slide 15 of 9 mol H + 1 mol O mol H O

16 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri mol H + 1 mol O mol H O Denklemdeki katsayılardan aşağıdaki ifadeleri çıkarabiliriz: Tepkimede iki mol H tüketilir, iki mol H O oluşur. Bir mol O tepkimeye girer, iki mol H O meydana gelir. Tüketilen bir mol O ye karşılık iki mol H tepkimeye girer. Stokiyometrik faktör, mol esasına göre, tepkimeye katılan herhangi iki maddenin miktarları ile ilgilidir. Slide 16 of 9

17 Örnek 4.3.Tepken ve Ürünlerin Mol Sayıları Arasındaki İlişki.7 mol H aşırı O içinde yakıldığında kaç mol H O oluşur? Çözüm 4.3: Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Aşırı O demek.7 mol H yi H O ya çevirmek için gerekenden fazla O demektir. Kimyasal tepkime denklemini yaz ve denkleştir: H (g) + O (g) H O(s) stokiyometrik faktör = : mol H ye karşılık mol H O oluşuyor. Slide 17 of 9 mol H nh O.7 mol H x.7 mol HO General Chemistry: mol Chapter H 4 O

18 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Alıştırma A :1,76 mol KClO 3 (k) bozunmasından aşağıdaki denkleme göre kaç mol O elde edilir. KClO 3 (k) KCl(k) 3O(g) Alıştırma B : 1,0 kg Ag O in bozunmasından kaç mol Ag elde edilir? Hesaplayınız. AgO (k) 4Ag (k) O(g) Slide 18 of 9

19 Tepkime Stokiyometrisi Hesaplamalarında Genel Yol H (g) + O (g) H O(s) H in verilen miktarı VERİLEN Mol kütlesinin tersini çevirme faktörü olarak kullan: 1 mol H /,016 g H H in mol sayısı Mol H O = (/) x mol H Denkleştirilmiş denklemdeki katsayıları kullanarak mol oranlarını bul: mol H O / mol H Çevirme faktörü olarak mol kütlesini kullan: 18,0 g H O / 1 mol H Slide 19 of 9 H O un g miktarı BULUNAN

20 Örnek 4.4:Tepkenlerin ve Ürünlerin Kütleleri Arasındaki İlişki Aşırı O ile 4.16 g H nin tepkimesinden oluşan H O nun kütlesini hesaplayınız. Çözüm 4.4: Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri stokiyometrik faktör Stratejiyi planla: Eşitliği yaz ve hesapla: g H mol H mol H O g H O 3 dönüşüm faktörü gerekli! 1mol H mol HO 18.0 g HO mh O 4.16 g H x x x 37. g HO.016 g H mol H 1mol H O Slide 0 of 9

21 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Alıştırma A :Aşağıdaki tepkime denklemine göre, aşırı N ile 3,83 g Mg dan kaç gram magnezyum nitrür elde edilir.. 3 Mg N MgN3 Alıştırma B : Aşağıdaki tepkime denklemine göre, 1,00 kg metanol elde etmek için kaç gram H (g) gereklidir? CO (g) H CH3OH Slide 1 of 9

22 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Örnek 4.5.İki Tepkenin Kütleleri Arasındaki İlişki 6.86 g H nin tamamı yandığında kaç gram O (g) tüketilir? Çözüm 4.5: stokiyometrik faktör Stratejiyi planla: g H mol H mol O g O Eşitliği yaz ve hesapla: 3 dönüşüm faktörü gerekli! m O 6.86 g H x 1mol.016 H g H x 1mol mol O H x mol g O O 54.4 g O Slide of 9

23 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Alıştırma A : Tepkime (4.1) e göre bir gram O e karşılık kaç gram H gereklidir?, hesaplayınız Alıştırma B : Bir gram oktan, C 8 H 18, yandığında kaç gram O tüketilir? Hesaplayınız (ip ucu: Denkleştirilmiş tepkime eşitliğini yazınız). Slide 3 of 9

24 Laboratuvarda küçük hacimlerde Hidrojen gazı elde etme yöntemi: Stokiometrik hesaplamalarda mol A mol B tepkimesi öncesi ve sonrası başka dönüşümlerin yapılması da gerekebilir: Hacim, yoğunluk ve % bileşim dönüşümleri gibi. Bunlar için faktörler kullanılır. Aşağıdaki tepkimeyi göz önüne alalım: Al(k) + 6 HCl(aq) AlCl 3 (aq) + 3 H (g) HCl (aq) sol taraftaki erlene ilave edilir. Tepkime erlende meydana gelir. Çıkan H gazı, gaz toplama kabındaki su ile yer değiştirerek kapta toplanır. Hidrojen gazı suda çok az çözünür. Slide 4 of 9

25 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Örnek 4.6. Stokiyometrik Hesaplamalarda Çeşitli Dönüşüm Faktörlerinin Kullanılması Uçak yapımında kullanılan bir alaşım kütlece %93.7 Al ve % 6.3 Cu içeriyor. Bu alaşımın yoğunluğu.85 g/cm 3 tür cm 3 alaşım parçası aşırı miktarda HCl(aq) ile tepkimeye giriyor. Eğer, Cu nun tepkimeye girmediği, aluminyumun tamamının HCl(aq) ile tepkimeye girdiği varsayılırsa, elde edilen H (g) nin kütlesi ne olur, hesaplayınız? Al(k) + 6 HCl(aq) AlCl 3 (aq) + 3 H (g) Çözüm 4.6: Strateji stokiyometrik faktör cm 3 alaşım g alaşım g Al mol Al mol H g H Slide 5 of 9

26 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Eşitliği yaz ve hesapla: 5 dönüşüm faktörü gerekli! mh 0.691cm 3 alaşla x.85g alaş 1cm 3 alaş 93.7g Al x 100.0g alaş x 1molAl 6.98g Al x 3 molh mol Al x.016g H 1mol H 0.07 g H Alıştırma A :1,00 g H elde etmek, Örnek 4.6 daki Al-Cu alaşımının kaç cm 3 ü HCl (aq) ın aşırısında çözülmelidir? Alıştırma B : Örnek 4.6 daki Al-Cu alaşımın bir örneğinden 1,31 g H elde edilmektedir. Bu örnekte kaç gram Cu vardır? Slide 6 of 9

27 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Örnek 4.7 Stokiyometrik Hesaplamalarda Çeşitli Dönüşüm Faktörlerinin Kullanılması Kütlece % 8.0 lik HCl çözeltisinin yoğunluğu 1.14 g/ml dir. Aşağıdaki denkleme göre 1.87 g Al ile tepkime vermek üzere bu çözeltiden kaç ml almak gerekir? Al(k) + 6 HCl(aq) AlCl 3 (aq) + 3 H (g) Çözüm 4.7: Strateji: stokiyometrik faktör g Al mol Al mol HCl g HCl g HCl çözeltisi ml HCl çözeltisi Slide 7 of 9

28 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Eşitliği yaz ve hesapla: 5 dönüşüm faktörü gerekli! 1mol Al 6 mol HCl g HCl 1.87 g Al x x x 6.98 g Al mol Al 1mol HCl V HCl g HCl çöz. 8.0 g HCl x 1mL HCl çöz g HCl çöz. 3.8 ml HCL çöz. Slide 8 of 9

29 Kimyasal Eşitlik ve Stokiyometri Alıştırma A :Tepkime (4.) i göz önüne alarak, aşırı Al ile Örnek (4.7) de tanımlanan HCl çözeltisinin bir damla (0,05 ml) tepkimeye girdiğinde elde edilen H nın kütlesini g olarak hesaplayınız.? Alıştırma B : Bir sirke örneği kütlece %4,0 HC H O içeriyor. Bu sirke NaHCO 3 (yemek sodası) ile etkileşerek CO veriyor. 1,31 g H elde edilmektedir. Bu örnekte kaç gram Cu vardır? NC HO(aq) NaHCO 3 (k) NaC H3O(aq) HO(s) CO (g) 5,00 ml sirke aşırı NaHCO3 ile etkileştiğinde kaç g CO elde edilir? Bu sirkenin yoğunluğu 1,01 f/ml dir. Slide 9 of 9

30 Çözeltide Kimyasal Tepkimeler Kimyasal tepkimelerin pek çoğu çözeltilerde gerçekleştirilir. Çözelti içinde, tepkenler karıştırılarak, atomlar, iyonlar ve moleküller arasında tepkime için gerekli yakın temas sağlanabilir. Çözeltilerdeki tepkimelerin stokiyometresi de bundan öncekiler tepkimelerinkine benzerdir. Çözücü: Çözücünün sıvı su olduğu çözeltilere sulu (aq) çözeltiler denir. Çözünen: Çözücü içinde çözünmüş olan maddeler. Slide 30 NaCl of 9 suda çözündüğün General Chemistry: de Chapter oluşan 4 çözelti:nacl Prentice-Hall (aq). 00

31 Molarite Bir çözeltinin derişimi molarite cinsinden şöyle tanımlanır: çözünenin mol sayısı molarite (M) = çözeltinin litre olarak hacmi Eğer mol üre, CO(NH ), sulu çözeltinin L sinde çözünmüşse çözeltinin molarite olarak derişimi: c mol üre M CO(NH ) 1L çöz. Molarite Slide 31 of 9 birimi: mol General çözünen/l Chemistry: Chapter çözelti 4 veya Prentice-Hall molar 00 üre

32 Çözelti Hazırlama Çözülecek olan katı madde tartılır. Bilinen hacimde bir çözelti hazırlamak için yeterli miktarda su ilave edilir. Bunun için hacmi belirli bir kap kullanılır. Çözünen kısmen çözücü içeren bu kaba konur ve üzerine belirli hacim işaretine kadar çözücü eklenir. Slide 3 of 9

33 Çözelti Hazırlama Örnek 4.8 Çözünenin hacmi ve yoğunluğu verildiğinde çözelti derişimi hesaplanması 5.0 ml etanol, C H 5 OH (d = g/ml), üzerine yeterince saf su ilave edilerek 50.0 ml lik bir çözelti hazırlanıyor. Çözeltinin etanol derişimini hesaplayınız. Çözüm 4.8: Stratejiyi planla: Eşitliği yaz ve hesapla: Hacim kütle mol molarite 3 dönüşüm faktörü gerekli! g CH5OH 1mol CH5OH nc H 5 OH 5.0 ml CH5OH x x 0.48 mol CH5OH 1mL C H OH g C H OH Slide 33 of mol CH5OH Molarite 1.71 M C H OH L çöz. 5

34 Çözelti Hazırlama Alıştırma A :,3 g lık aseton, (CH 3 ) CO örneğinden 15 ml lik bir çözelti hazırlanıyor. Asetonun molaritesini bulunuz. Alıştırma B : 15,0 g ml asetik asit, CH3COOH (d = 1,048 g/ml), yeterli miktarda suda çözünerek 500,0 ml bir çözelti hazırlanıyor. Çözeltideki asetik asit molaritesini hesaplayınız. Slide 34 of 9

35 Çözelti Hazırlama Örnek 4.9 Molaritesi bilinen bir çözeltide çözünen kütlesinin hesaplanması Tam L (50 ml) ve 0.50 M sulu K CrO 4 çözeltisi hazırlanmak isteniyor. Gerekli K CrO 4 kütlesi nedir? Çözüm 4.9 : Stratejiyi planla: Hacim mol sayısı kütle Eşitliği yaz ve hesapla: dönüşüm faktörü gerekli! Slide 35 of 9 m K CrO L x 0.50mol 1.00L g x 1.00 mol 1.1g

36 Çözelti Hazırlama Alıştırma A : 5 o C da NaNO 3 ile doymuş bir çözelti 10,8 M NaNO 3 içeriyor.aynı sıcaklıkta bu çözeltinin 15 ml sinde kaç gram NaNO 3 bulunur? Alıştırma B : 355 ml 0,455 M Na SO 4 çözeltisi hazırlamak için kaç gram Na SO 4.10H O gerekmektedir? Slide 36 of 9

37 Çözeltinin Seyreltilmesi Hazır çözeltiler (stok çözeltisi) genelde derişik olur. Seyreltme için alınan bir derişik çözelti örneğine saf su ilave edilir. M i V i M f V f Başlangıçtaki çözelti M = n V Seyreltme işlemi sırasında çözünen miktarı değişmez Sonuçtaki çözelti M i V i = n i = n f = M f V f Slide 37 of 9 M f = M i V i V f = M i V i V f

38 Çözeltinin Seyreltilmesi Örnek 4.10 Seyreltme ile çözelti hazırlanması Analitik kimyada özel bir deney için M K CrO 4 çözeltisine gereksinim duyuluyor: 0.50 L M K CrO 4 çözeltisi hazırlamak için 0.50 M K CrO 4 çözeltisinden ne kadar almak gerekir? Çözüm 4.10: Stratejiyi planla: M f = M i V i V f V i = V f M f M i Hesapla: V K CrO4 Slide 38 of L çöz. x mol K 1L çöz. CrO L çöz. x 0.50 mol K CrO L çöz.

39 Çözeltinin Seyreltilmesi Alıştırma A : 0,450 M K CrO 4 çözeltisinin 15,00 ml si suyla 100,00 ml e seyreltiliyor. Çözeltinin yeni derişimi nedir? Alıştırma B : 0,105 M 75 ml NaCl içeren ağzı açık br cam kap (beher) uzun süre bırakıldığında, çözelti hacmi37 ml e düştüğü görülmüştür. Çözeltinin yeni derişimi nedir? Slide 39 of 9

40 Çözelti Tepkimelerinin Stokiyometrisi Belirli molaritedeki bir çözeltiden belirili hacimde bir çözelti aldığımızda, çözünenin mol sayısını da belirlemişiz demektir. Bu nedenle, mol birimini kullandığımız stokiyometrik hesaplamalarda, mol yerine hacimler ve molariteleri kullanabiliriz. Slide 40 of 9

41 Örnek 4.11 Ürün kütlesi ile tepken çözeltisinin hacim ve molaritesi arasındaki ilişki Aşırı AgNO 3 (aq) içine 0.50 M 5.00 ml K CrO 4 çözeltisi ilave ediliyor. Çöken Ag CrO 4 (k) kütlesi nedir? K CrO 4 (aq) + AgNO 3 (aq) Ag CrO 4 (k) + KNO 3 (aq) Çözüm 4.11: Stratejiyi planla: stokiyometrik faktör Eşitliği yaz ve hesapla: mol K CrO 4 mol Ag CrO 4 g Ag CrO 4 3 dönüşüm faktörü gerekli! m AgCrO4 1L 5.00 ml x x 1000 ml 0.50mol K 1L CrO 4 1molAg CrO x 1molK CrO 4 4 Slide 41 of g Ag x 1mol Ag CrO.07 g Ag CrO 4 General Chemistry: Chapter 4 4 CrO4 (k)

42 Çözelti Tepkimelerinin Stokiyometrisi Alıştırma A : Tam 1,50 g Ag CrO 4 (k) elde etmek için aşırı AgNO 3 (k) kaç ml 0,50 M K CrO 4 eklemelidir? (İp ucu: bunu Öenek 4.11 in tersi olarak düşünün) Alıştırma B : 175 ml 0,0855 K CrO 4 (aq) çözeltisinin bütünüyle tepkime verebilmesi için kaç ml 0,150 M AgNO 3 (aq) çözeltisi gerekiyor? Oluşan Ag CrO 4 (k) ın miktarını hesaplayınız. Slide 4 of 9

43 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Bir kimyasal tepkimede tüm tepkenler aynı zamanda ve tamamen tükeniyorsa, bunların stokiyometrik oranlarda olduğunu söyleriz. Çöktürme tepkimeleri gibi bir çok tepkimelerde, bir kısım tepkenlerin aşırısı kullanılarak, bir tepken tamamen ürünlere dönüştürülebilir. Tamamen tükenen maddeye sınırlayıcı bileşen denir. Slide 43 of 9

44 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Örnek 4.1 Bir tepkimede sınırlayıcı bileşenin bulunması Fosfor triklorür, PCl 3, benzin katkı maddesi, pestisit (böcek öldürücü) ve daha bir çok ürünün eldesinde kullanılan ticari bir bileşiktir. Fosfor ve klorun doğrudan doğruya birleşmesiyle oluşur. P 4 (k) + 6 Cl (g) 4 PCl 3 (s) 33 g Cl (g) ve 15 g P 4 (k) un tepkimesinden kaç gram PCl 3 oluşur? Çözüm 4.1: Strateji: Slide 44 of 9 Tepkenlerin başlangıç mol oranları ile birleşme mol oranlarını karşılaştır.

45 P 4 (k) + 6 Cl (g) 4 PCl 3 (s) Birleşme mol oranları 6 mol Cl ye karşılık 1 mol P 4 şeklindedir. n Cl 33g Cl x 1molCl 70.91g Cl 4.56 mol Cl n P 4 15g P 4 x 1molP g P mol P 4 Bu duruma göre fosforun 1 molüne karşılık 6 molden daha az klor vardır ve sınırlayıcı bileşen Cl olmalıdır. O halde aşırı P 4 içinde 33 g Cl un tepkimesiyle oluşan PCl 3 kütlesi: m PCl 3 Slide 45 of 9 33 g x 1mol Cl g Cl x 4 mol PCl 6 mol Cl g PCl x 1mol PCl g PCl 3

46 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Alıştırma A : Örnek 4.1 deki tepkimeye göre, 75 g Cl ile 15 g P4 tepkimeye girerse kaç g PCl 3 oluşur, hesaplayınız? Alıştırma B : PCl 3, Cl ve P 4 O 10 dan alınan birer kg lık örnek tepkimeye girdiğinde kaç kg Pl 3 oluşur, hesaplayınız. 6 PCl 3 (s) + 6 Cl (g) + 4P 4 O 10 (k) 10 POCl 3 (s) Slide 46 of 9

47 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Örnek 4.13 Tepkime tamamlandıktan sonra artan madde miktarlarının bulunması Örnek 4.1 de PCl 3 elde edildikten sonra arta kalan P 4 kütlesi nedir, hesaplayınız? P 4 (k) + 6 Cl (g) 4 PCl 3 (s) Çözüm 4.13: Sınırlayıcı bileşenin Cl olduğunu bulmuştuk. Buna göre fazla olan maddenin tüketilen miktarını hesaplayabiliriz. Bu 35 g Cl tarafından tüketilen P 4 ün kütlesini bulmak anlamına geliyor. m P 4 Slide 47 of 9 33 g Cl x 1mol Cl g Cl x 1mol 6 mol P General Chemistry: Chapter 4 4 Cl x 13.9 g P 1mol P 94.1g P 4 4 4

48 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Ya da oluşan PCl 3 ün kütlesine göre hesaplama yapılır: m P g PCl 3 x 1mol PCl g PCl 3 x 1mol 4 mol P 4 PCl 3 x mol g P P g P 4 P 4 ün tepkimeden sonra kalan kütlesi, başlangıçtaki miktar ile tepkimede tüketilen miktar arasındaki farka eşittir. 15 g P 4 başlangıç 94.1 g P 4 tüketilen = 31 g P 4 kalan Slide 48 of 9

49 Sınırlayıcı Bileşenin Belirlenmesi Alıştırma A : Örnek alıştırma 4.1 de hangi tepken fazladır ve tepkimede PCl3 oluştuktan sonra artan tepkenin kütlesi nedir, hesaplayınız. Alıştırma B : 1, g H ve 154 g O tepkimeye girdiğinde, tepkimeden sonra hangi gazdan ne kadar gram artar, hesaplayınız? H (g) + O (g) H O (s) Slide 49 of 9

50 Tepkime Stokiyometrisinde Diğer Konular Bir kimyasal tepkimede oluşan ürünün hesaplanan miktarı kuramsal verimi olarak adlandırılır. Gerçekten oluşan ürünün miktarına ise gerçek verim adı verilir. Gerçek verim Yüzde verim = % 100 Kuramsal verim Slide 50 of 9

51 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Gerçek verimin kuramsal verime eşit olduğu tepkimelere nicel tepkimeler denir. Gerçek verim kuramsal verimden az olduğunda yüzde verim %100 den düşük olur. Bir kimyasal tepkime ürünü nadiren saf olarak elde edilir. Saflaştırma sırasında madde kaybı olabilir ve bu durum verimi düşürür. Slide 51 of 9

52 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Tepkimeye giren maddeler, beklenenden başka tepkimeler de verebilir. Yan tepkimeler yüzde verimi düşürür. Yan tepkimelerde oluşan ürünlere yan ürünler denir. Ters tepkime meydana gelirse, beklenen ürünün bir kısmı girdileri vermek üzere bozunur ve verim beklenenden az olur. Tepkime verimi %100 den daha büyük çıkarsa kullanılan yöntemde hatayı işaret eder. Slide 5 of 9

53 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Örnek 4.14 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verimin Hesaplanması Üre, CO(NH ), gübre olarak kullanılır ve yıllık üretimi milyonlarca kg dır. Tepkime denklemi şöyle yazılır: NH 3 + CO CO(NH ) + H O Tepkenlerin başlangıç mol oranı genellikle 3 mol NH 3 : 1 mol CO tir. Tepkimeye giren her bir mol CO ye karşılık 47.7 g üre olursa, (a) kuramsal, (b) gerçek ve (c) yüzde tepkime verimini hesaplayınız? Slide 53 of 9

54 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Çözüm 4.14: NH 3 + CO CO(NH ) + H O a) Tepkimeye göre stokiyometrik mol NH 3 : mol CO = /1 Tepkimde kullanılan miktarlara göre: molnh 3 /molco = 3:1 olduğundan, NH 3 fazla, CO ise sınırlayıcı bileşen olur. Temel: 1,00 mol CO Kuramsal verim 1mol CO(NH 1,00mol COx 1mol CO 601,1g CO(NH 3 ) 3 ) x 60,1g CO(NH 3) 1mol CO(NH ) 3 b) Gerçek miktar = 47,7 g CO(NH 3 ) 47,7 g CO(NH 3 ) c) % verim x 100 %79,4 Slide 54 of 9 60,1 g CO(NH ) 3

55 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Alıştırma A : Formaldehit, CH O, bakır katalizörlğünde aşağıdaki denkleme göre elde edilebilmektedir. CH 3 OH (g) CH O (g) + H (g) Metanolün molü başına 5,7 g CH O (g) elde edilebiliyorsa, a) kuramsal, b) gerçek ve c) yüzde verimi hesaplayınız Alıştırma B : 5,0 g P 4 ile 91,4 g ClO tepkimeye girdiğinde tepkimede 104 g PC3 oluştuğuna göre, tepkimenin yüzde verimini hesaplayınız. P 4 (k) + 6 Cl (g) 4 PCl3 (s) Slide 55 of 9

56 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Örnek 4.15 Tepken ve ürün miktarlarının yüzde verime etkisinin belirlenmesi. Sikloheksanol, C 6 H 11 OH, sülfürik asit veya fosforik asit ile ısıtıldığında siklokeksene, C 6 H 10, dönüşür. C 6 H 11 OH(s) C 6 H 10 (s) + H O(s) Tepkimenin yüzde verimi % 83 olduğuna göre, 5 g sikloheksen elde etmek için ne kadar sikloheksanol kullanmak gerekir? Çözüm 4.15: 1. Basamak: Denklemi düzenleyip kuramsal verimi hesaplayalım: Kuramsal Slide 56 of 9 verim Gerçek verimx%100 yüzde verim 5 g x%100 %83 30 g

57 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Çözüm 4.15: 1. Basamak: 30 g C 6 H 10 elde etmek için gerekli C 6 H 11 OH miktarını hesaplayalım. : C H 6 11 OH miktarı 30 g C H 6 10 x 1mol C6H 8,1 g C H x 1mol C6H11OH 1mol C H , g C6H11OH X 1mol C H OH g C6H11OH Slide 57 of 9

58 Kuramsal, Gerçek ve Yüzde Verim Alıştırma A : Örnek 4.14 de oluşan ürenin yüzde verimi, %87,5 ise, 50,0 g CO(NH ) elde etmek için, aşırı NH 3 ile tepkimeye giren CO miktarını hesaplayınız. Alıştırma B : %9,3 saflıkta sikloheksanolden %86, verimle aşağıda verilen tepkimeye göre 45,0 sikloheksen elde etmek için gerekli olan sikloheksanolun (C 6 H 11 OH) kütlesini hesaplayınız. (İp ucu: Ek bir basamakla, saf C 6 H 11 OH ın miktarını gerekli saf olmayan başlangıç maddesi miktarına dönüştürmeniz gerekiyor) C 6 H 11 OH(s) C 6 H 10 (s) + H O(s) Slide 58 of 9

59 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Laboratuar ve kimyasal üretim fabrikalarında mümkünse tek basamaklı tepkimeler seçilir. Çünkü verim yüksek olur. Çoğu kez çok basamaklı tepkimeler kaçınılmazdır. Bir ürünü elde etmek için art arda gerçekleştirilmesi gereken tepkimeler dizisine ardışık tepkimeler denir. İki veya daha fazla madde bağımsız olarak, birbiri ile aynı zamanda ayrı tepkimeler oluşturuyorsa, bu tepkimelere eşzamanlı tepkimeler denir. Slide 59 of 9

60 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Genellikle ardarda oluşan kimyasal tepkimeler birleştirilebilir ve tepkime dizisinin tümünü simgeleyen bir tek kimyasal eşitlik elde edilebilir. Bu birleştirilmiş tepkimeye net tepkime denir. Net tepkimenin eşitliğine net eşitlik denir. Çok basamaklı bir tepkimenin bir basamağında üretilip diğer basamağında tüketilen herhangi bir bileşiğe ara ürün adı verilir. Slide 60 of 9

61 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Örnek 4.16 Ardışık tepkimelerde ürün hesabı Titandioksit, TiO, boyalarda beyaz renk verici olarak çok yaygın bir şekilde kullanılır. Bu boya sıklıkla, çevre için zararlı kurşun içeren boyanın yerini almaktadır. Bir yöntemde safsızlık içeren TiO (k), gaz halindeki TiCl 4 (g) e dönüştürülür, sonra tekrar saf katı TiO (k) e çevrilir. Bu yöntemle 1.00 kg saf TiO (k) elde etmek için kullanılacak karbonun kütlesi nedir? TiO (saf değil) + 3 C(k) + 4 Cl (g) TiCl 4 (g) + CO (g) + CO(g) TiCl 4 (g) + O (g) TiO (k) + Cl (g) Slide 61 of 9

62 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Çözüm 4.16 Bu hesaplamada saf ürün, TiO (k) ten başlayıp geriye doğru işlem yapılarak tepkenlerden biri olan C (k) a ulaşılır. Öncelikle ikinci tepkimeye göre TiO (k) mol sayısından TiCl 4 (s) a ulaşılır. Sonra birinci tepkimeye göre TiCl 4 (s) mol sayısından C (k) ın mol sayısı hesaplanır. Maddelerin mol sayıları ve gramları arasındaki dönüşümlerle birlikte tüm işlem tek bir basamakta verilebilir TiO (saf değil) + 3 C(k) + 4 Cl (g) TiCl 4 (g) + CO (g) + CO(g) TiCl 4 (g) + O (g) TiO (k) + Cl (g) Slide 6 of 9

63 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Çözüm 4.16 TiO (saf değil) + 3 C(k) + 4 Cl (g) TiCl 4 (g) + CO (g) + CO(g) TiCl 4 (g) + O (g) TiO (k) + Cl (g) C miktarı 1,00 kg TiO x 1000 g TiO 1kg TiO 3 mol C x 1mol TiCl 1mol TiO x 79,88 g TiO 4 1,1 g C x 1mol Cl 1mol TiCl x 1mol TiO 6 4 g C Slide 63 of 9

64 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Alıştırma A : Nitrik asit, HNO3, aşağıda verilen ardışık tepkimelere göre amonyak ve oksijenden üretilmektedir. 4 NH 3 (g) + 5 O (g) 4 NO(g) + 6 H O(g) NO(g) + O (g) NO (g) NO (g) + H O(g) HNO 3 (aq) + NO(g) Üçüncü basamakta oluşan NO(g) nın tekrar çevirime girmediğini düşünerek, 1 kg NH 3 den kaç gram nitrik ait elde edilir, hesaplayınız? Slide 64 of 9

65 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Alıştırma B : Magnezyum alaşımları, uçak yapımında yaygın olarak kullanılır. Bir mağnezyum alaşımı kütlece, %70 Al ve %30 Mg içermektedir. Bu alaşımdan 0,710 g alınıp HCl (aq kaç gram H(g) elde ediir, hesaplayınız? Al(k) + 6 HCl(aq) AlCl 3 (qa) + 3 H (g) Mg(k) + HCl(aq) MgCl(qa) + H (g) Slide 65 of 9

66 Ardışık, Eşzamanlı ve Net Tepkimeler Net tepkime-net eşitlik. Bak örnek 4.16 de TCl4(g) ara üründür. Bu örnek net eşitliği yamak için: İkinci eşitlik ile çarpılır ve birinci eşitlikle toplanır. Bu işlem sırasında eşitliğin her iki tarafında bulunan maddeler bir birini götürür. TiO (saf değil) + 3 C(k) + 4 Cl (g) TiCl 4 (g) + CO (g) + CO(g) TiCl 4 (g) + O (g) x TiO (k) + Cl (g) Net eşitlik : 3 C(k) + O (g) CO (g) + CO(g) Slide 66 of 9