Kimyasal Reaksiyonlar ve Hesaplamalar

Kimyasal Reaksiyonlar ve Hesaplamalar Yazar Yrd.Doç.Dr.Nevin KANIŞKAN ÜNİTE 5 Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra; kimyasal reaksiyonları kavrayarak, kimyasal denklemleri yazabilecek, kimyasal denklemleri denkleştirmeyi bilecek ve denkleştirilmiş bir kimyasal denklemin önemini kavrayıp yorumlayabilecek, kimyasal denklemlere dayanan kimyasal hesaplamaları öğrenerek, ilgili problemleri çözebilecek, bir reaksiyonun sınırlayıcı reaktifini belirlemeyi ve reaksiyon verimlerini hesaplamayı bileceksiniz. İçindekiler Giriş 75 Kimyasal Reaksiyonlar ve Kimyasal Denklemler 75 Kimyasal Denklemlere Dayanan Hesaplamalar 84 Sınırlayıcı Reaktif 89 Reaksiyon Verimleri 90 Özet 92 Değerlendirme Soruları 93 Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar 95

Çalışma Önerileri Bu üniteyi çalışmaya başlamadan önce, atom, molekül, mol kavramları ile ilgili üniteleri (Ünite 1, 2, 3, 4) gözden geçiriniz. Bu üniteyi çalışırken verilen örnekleri dikkatlice inceleyiniz ve verilen soruları mutlaka çözünüz. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 75 1. Giriş Maddenin özelliklerinin ve bileşiminin değişmesine neden olan değişmelerin kimyasal değişmeler olduğunu öğrendiniz. Bir kimyasal değişime sebep olan olay ise "kimyasal reaksiyon" olarak adlandırılır. Doğal gazın, odunun, alkolün yanması, sütün ekşimesi, demirin paslanması, çinkonun asitte çözünmesi gibi olaylar gözlediğimiz kimyasal reaksiyon örnekleridir. Milyonlarca farklı kimyasal reaksiyon vardır. Ancak bunların hepsi, çok az sayıdaki ana reaksiyon türlerinden veya gruplarından birine girerler. Kimyacılar, kimyasal reaksiyonları ortak bir dille ifade etmek için standart bir yol izlerler. Bu ünitede önce, kimyasal reaksiyonların formülleri ve sembolleri kullanarak kimyasal denklemlerle nasıl gösterildiklerini ve ardından kimyasal denklemlerin denkleştirilmelerini öğreneceğiz. Kimyasal hesaplamalar (stokiyometri) konusunda ise reaksiyona girenler (reaktantlar) ile reaksiyondan çıkan maddeler (ürünler) arasındaki sayısal ilişkileri açıklayarak kimyasal hesaplamaların nasıl yapılacağını göreceğiz. 2. Kimyasal Reaksiyonlar ve Kimyasal Denklemler Kimyasal reaksiyonlar; iki veya daha fazla maddenin birbirleri ile etkileşerek kendi özelliklerini kaybedip, yeni özellikte madde veya maddeler oluşturmasıdır. Bir kimyasal reaksiyon "kimyasal bağların kırılması ve yeni bağların oluşumu" ile meydana gelir. Bunun için atomların veya moleküllerin bağları kırmaya ve yeni bağlar yapmaya yetecek enerji ile birbirleriyle etkileşmeleri gerekir. Bir kimyasal reaksiyon süresince atomlar kendi aralarında yeniden düzenlenerek yeni bileşimler meydana getirirler. Örneğin hidrojen gazı ile oksijen gazının reaksiyonundan su oluşmasını top ve çubuk modeli ile göstererek (Şekil 5.1) bu durumu açıklayalım. a b c Hidrojen molekülleri Oksijen molekülü Atomlar arası bağların kopması ve yeni bağların oluşması Kimyasal reaksiyondan sonra hidrojen ve oksijenden su oluşumu Burada şekilden de görüldüğü gibi hidrojen ve oksijen molekülleri arasındaki eski bağlar (H H ve O = O) koparken, hidrojen ve oksijen atomları arasında yeni AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ Şekil 5.1: Hidrojen ve Oksijen Gazlarından Su Molekülünün Oluşumu

76 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR bağlar oluşmaktadır. Sonuçta ise, hidrojen ve oksijen özelliklerini kaybedip farklı özellikte olan su oluşmaktadır. Kimyasal reaksiyonları kısaca ifade edebilmek için, kimyasal formüller ve semboller kullanılarak kimyasal denklemler yazılır. Yukarıdaki hidrojen ve oksijen gazlarının su oluşturmak üzere reaksiyona girmelerini kimyasal denklemle ifade etmeye çalışacak olursak, bu reaksiyon H 2 + O 2 H 2 O? olarak yazılabilir. Burada artı (+) işareti "ile reaksiyona girer" ok işareti "oluşturur" (reaksiyon sağa doğru ilerler) anlamını taşırlar. Buna göre yazılan sembolik ifade, "Moleküler hidrojen ile moleküler oksijen su oluşturmak üzere reaksiyona girerler." cümlesi ile okunur. Yukarıdaki denklem tam bir ifade değildir Neden? ( ) Çünkü ok işaretinin sol tarafında iki oksijen atomu varken, ok işaretinin sağ tarafında bir oksijen atomu vardır. Bir kimyasal reaksiyonda atomların yoktan var edilmediğini ve var olan atomların yok olmadığını kabul ederiz. Yani atomlar sadece eşlerini değiştirirler. Bu kabulü açıklayan temel kanıt, kapalı bir kapta yapılan bir kimyasal reaksiyonda kütlece herhangi bir değişikliğin olmamasıdır. Kimyasal bir reaksiyon sırasında kütlenin korunması, "Kütlenin Korunumu Yasası" olarak ifade edilir. Kütlenin Korunumu Yasasına göre, yazılan denklemdeki ok işaretinin her iki tarafında (yani reaksiyondan önce ve reaksiyon sona erdikten sonra), her atomdan aynı sayıda yer alması gerekir. Buna göre bu ifadeyi, H 2 ve H 2 O 'nun önüne uygun katsayı (burada 2) koyarak denkleştirebiliriz. [Denklem denkleştirme konusu ünitede ilerledikçe (2.1) ayrıntılı olarak anlatılmıştır.] 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Bu denkleştirilmiş kimyasal denklem "İki hidrojen molekülü, bir oksijen molekülü ile reaksiyona girerek iki su molekülü oluşturur." cümlesi olarak okunur. Molekül sayıları oranının, mol sayıları oranına eşit olduğu düşünülecek olursa, alternatif olarak denklem şöyle de okunabilir: "İki mol hidrojen molekülü, bir mol oksijen molekülü ile reaksiyona girerek iki mol su molekülü oluşturur." ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 77 Bu maddelerin her birinin mol kütlelerini de bildiğimize göre bu denklemi, mol kütleleri cinsinden de ifade edebiliriz. 4.04 gram H 2 ile 32.00 gram O 2 reaksiyona girerek 36.04 gram H 2 O oluşturur. Bu üç ifade şekli aşağıdaki gibi özetlenebilir: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O İki molekül Bir molekül İki molekül İki mol Bir mol İki mol 2 x (2.02 g) = 4.04 g 32.00 g 2 (18.02 g) = 36.04 g 36.04 g Reaktantlar 36.04 g Ürünler Yukarıdaki denklemde H 2 ve O 2 "reaktantlar", H 2 O ise "ürün" olarak adlandırılırlar. Bir kimyasal reaksiyonda başlangıç maddesi "reaktant", kimyasal reaksiyonun sonucu olarak oluşan madde "ürün" olarak tanımlanır. Bir kimyasal reaksiyonun kısaca ifadesi olan bir kimyasal denklemde reaktantlar ok işaretinin soluna, ürünler ise sağına gelecek şekilde yazılırlar. Reaktantlar Ürünler Kimyasal denklemlerin yazılmalarında şu hususlara dikkat etmelidir: Kimyasal reaksiyonlarda, reaktantlar ve ürünler katı, sıvı veya gaz halinde olabilirler. Bu fiziksel haller, kimyasal denklemde formüllerden sonra parantez içinde yazılan k, s, g harfleriyle belirtilir. Buna göre, katı potasyum klorat (KClO 3 ) tan oksijen (O 2 ) gazının elde edildiği reaksiyon denklemi, aşağıdaki şekilde yazılabilir. 2 KClO 3 (k) 2 KCl (k) + 3 O 2 (g) Katı potasyum klorat'ın ısıl bozunma reaksiyonu katalizör görevi üstlenen mangan dioksit eşliğinde yürütülürse, daha kısa sürede gerçekleşir. Bu duruma ilişkin koşullar, denklemdeki okun altında ve üstünde belirtilir. Genel anlamda ısıtma işlemi "delta" sözcüğü veya " " sembolu ile belirtilir. Isıtmanın gerçekleştiği sıcaklığın kesin bilinmesi gereken durumlarda ise, " C" veya " K" cinsinden sıcaklık belirtilir. Benzer şekilde, okun üstüne (veya altına) "katalizör" sözcüğünün veya formülünün yazılması da, reaksiyonun "katalize koşullarda" yürüdüğünü ifade eder. Buna göre potasyum klorat'ın (KClO 3 ) katalizör olarak mangan dioksit (MnO 2 ) varlığında yürüyen ısıl bozunma reaksiyonu, aşağıdaki gibi ifade edilmelidir. Katalizör, reaksiyona girdiği gibi çıkan kimyasal reaksiyonu hızlandıran maddedir. (Katalizör konusu Ünite 7'de daha ayrıntılı olarak işlenecektir.) 2 KClO 3 (k) MnO 2 2 KCl (k) + 3 O 2 (g) AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

78 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR veya 2 KClO 3 (k) Katalizör 2 KCl (k) + 3 O 2 (g) Çözümlü Soru 1 Hidrojen (H 2 ) ve azot (N 2 ) gazlarından, amonyak (NH 3 ) gazı elde etmek için katalizör (Fe + KAlO 2 ) kullanılır ve reaksiyonda sıcaklık 500 C, basınç ise, 1000 atmosfer olmalıdır. Buna göre reaksiyon denklemini yazınız. Cevap N 2 (g) + H 2 (g) Fe + KAlO 2 500 C, 1000 atm 2 NH 3 (g) Burada reaksiyon koşulları okun üzerinde belirtilmiştir. Kimyasal denklemler, bir takım fiziksel olayları göstermek üzere de yazılabilir. Örneğin suyun donması ve buharlaşması H 2 O (s) H 2 O (s) H 2 O (k) H 2 O (g) şeklinde gösterilebilir. Kimyasal denklemlerde, reaktantların ve ürünlerin fiziksel hallerinin belirtilmesi deney yaparken oldukça yararlıdır. Örneğin potasyum bromür (KBr) ile gümüş nitrat (AgNO 3 ) reaksiyona girdiğinde, katı gümüş bromür (AgBr) oluşturmasına ilişkin reaksiyon denklemini yazalım. KBr (sulu) + AgNO 3 (sulu) KNO 3 (sulu) + AgBr (k) Burada "(sulu)", suda çözünmüş, veya sulu çevreyi ifade eder. Aynı reaksiyon reaktantların ve ürünlerin fiziksel hallerini belirtmeden yazılacak olunursa, denklem yeterince bilgilendirici olmaz. KBr + AgNO 3 KNO 3 + AgBr Bu nedenle herhangi bir kişi katı potasyum bromür ile katı gümüş nitratı karıştırarak bu reaksiyonu gerçekleştirmeye uğraşabilir. Oysa katı KBr ve AgNO 3 karıştırıldığında, ya çok yavaş veya hiç reaksiyona girmeyecektir. Bu durumu mikroskopik seviyede gözden geçirecek olursak, gümüş bromür oluşumu için Ag + ve Br - iyonlarının oluşmalarının ve biraraya gelmelerinin gerekli olduğunu vurgulayabiliriz. Aynı reaksiyona ilişkin denklemi suda iyonlarına ayrışmış halde, yani ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 79 K + (sulu) + Br - (sulu) + Ag + (sulu) + NO 3 - (sulu) K + (sulu) + NO 3 - (sulu) + AgBr (k) iyon denklemi şeklinde de yazılır. Burada Ag + ve Br - iyonları kimyasal değişikliğe uğrayıp AgBr katısı olarak çökerken K + ve NO 3 - iyonları kimyasal değişikliğe uğramamaktadırlar. Buna göre net reaksiyonu ifade etmek üzere, aşağıdaki denklem yeterli olur. Ag + (sulu) + Br - (sulu) AgBr (k) Laboratuarda bir kimyasal reaksiyonu gerçekleştirmek ve bununla ilgili denklemi yazmak istediğimizi düşünelim. Bunu nasıl yapabiliriz?? Reaktantları ve özelliklerini bilebiliriz ve kimyasal formüllerini yazabiliriz. Ancak ürünleri ve özelliklerini bilmek biraz daha güç olabilir. Basit reaksiyonlarda ürünü yazabilmek daha kolaydır. Karmaşık reaksiyonlarda ise üç veya daha fazla ürün olabilir ve özel bileşiklerin varlığını test etmek gerekebilir. Bu bakımdan bize yardımcı olacak ilave bilgiler gerekebilir. İleriki ünitelerde daha ayrıntılı olarak açıklanacağı gibi, reaktantların tipini bilmek genellikle hangi ürünlerin oluşacağını bilebilmemizi sağlayabilir. Örneğin asit-baz, çökelme, redoks gibi temel reaksiyon türlerinde, ürünlerin önceden tahmini mümkündür. Ayrıca reaksiyon süresince gözlem yaparak reaksiyon hakkında bilgi edinebilir ve reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmediğine karar verebiliriz. Bu gözlemler; gaz çıkışı, renk değişimi, çözeltide katı madde oluşumu, ısı değişimi gibi olaylardır. (Bazı reaksiyonlarda bu gibi olaylar gözlenmeyebilir, ürün oluşup oluşmadığını anlamak için reaksiyon karışımının ayrıntılı analizi gerekebilir.) Reaktantları ve ürünleri tanımladıktan sonra, artık onları formülleri ile doğru bir sırada yazabiliriz. Burada yazdığımız kimyasal reaksiyon denklemi genellikle denkleştirilmemiştir, yani denklemin her iki tarafından atom sayıları eşit olmayabilir. Atomların yoktan var olmadığını veya varken yok olmadığını biliyoruz. Bu durumda, yazılan reaksiyon denkleminin uygun katsayılar kullanarak denkleştirmemiz gerekecektir. Şimdi reaksiyon denkleminin nasıl denkleştirileceğini görelim. 2.1. Kimyasal Denklemlerin Denkleştirilmeleri Bir kimyasal reaksiyon denkleminde; reaksiyona giren ve çıkan atom sayılarının, (reaktantların veya ürünlerin) önüne uygun katsayılar yazılarak eşitlenmesine "denkleştirme" işlemi denir. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

80 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR Bu işlem yapılırken asla formül değiştirilmez. Basit reaksiyonlar denkleme bakılarak kolayca denkleştirilebilir. Örneğin, azot ve hidrojen gazlarının birleşerek amonyak oluşturduğu reaksiyon denklemini denkleştirelim: N 2 + H 2 NH 3 (Denkleştirilmemiş denklem) Yukarıdaki denklemde; reaktantlarda iki azot atomu (N 2 molekülünde), üründe ise bir azot atomu (NH 3 molekülünde) görülmektedir. NH 3 formülünün önüne 2 katsayısı yazılarak azot atom sayısı denkleştirilir. Bu durumda üründe 6 hidrojen atomu (2NH 3 şeklinde), reaktantlarda ise 2 hidrojen atomu (H 2 molekülünde) yer alır. Hidrojen atom sayılarını denkleştirmek üzere H 2 formülünün önüne 3 katsayısı yazılır. Buna göre, N 2 + 3 H 2 2 NH 3 şeklinde denkleştirilmiş denklem yazılır. Kimyasal denklemleri denkleştirmek amacıyla, reaktant veya ürün formüllerindeki alt indislerin olmaları gerekenden farklı bir sayı ile ifade edilmelerinden kaçınılmalıdır. Örneğin azot ve hidrojen gazlarının birleşerek amonyak oluşturmalarına ilişkin reaksiyonun denklemi, aşağıdaki gibi ifade edilemez. Alt indis 2 NH 3 Katsayı N 2 + H 2 N 2 H 2 Bu ifade denkleşmiş olmasına rağmen doğru değildir. Zira söz konusu reaksiyonun ürününü amonyak (NH 3 ) olduğundan, reaksiyonda N 2 H 2 oluşumundan söz edilemez. Denkleştirilmiş denklemlerde, reaktant ve ürünlerin gerçek durumunu (atomik, moleküler, iyonik) belirtmek gereklidir. Örneğin amonyak oluşumuna ilişkin reaksiyon aşağıdaki gibi ifade edilemez. N + 3H N H 3 Çünkü bu reaksiyon; azot ve hidrojen atomları arasındaki reaksiyonu göstermekte, gerçek başlangıç maddeleri olan N 2 ve H 2 moleküllerini göstermemektedir. Yukarıda konu edilen amonyak oluşumuna ilişkin reaksiyonun denklemini deneme-yanılma yolu ile denkleştirmeye çalıştık. Bu yöntemde deneme ile uygun katsayılar bulununcaya kadar "deneme-yanılma" yapılır. Ancak bazı kimyasal denklemlerin denkleştirilmesi buradaki gibi kolay olmayabilir. Elementler herhangi bir sıra ile denkleştirilirken, formül bir katsayı ile çarpıldığında formüldeki diğer elementlerin de denklikleri bozulabilir. Bu bakımdan deneme-yanılma işlemini en aza indirebilmek için aşağıdaki iki öneriyi uygulamak yararlı olabilir: ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 81 Denklemin her iki tarafında, girdiği formül sayısı en az olan elementi öncelikle denkleştiriniz. Denklemin her iki tarafında girdiği formül sayısı en çok olan elementi en son denkleştiriniz. Çözümlü Soru 2 Etan (C 2 H 6 ) 'ın oksijen (O 2 ) 'le yanarak, karbon dioksit (CO 2 ) ve su (H 2 O) oluşturmasına ilişkin denkleştirilmiş kimyasal denklem nasıl yazılır? Cevap Öncelikle reaksiyonun kimyasal denklemi aşağıdaki gibi yazılır. C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Bu ifadede C ve H "iki formülde" ve O, "üç formülde" yer aldığından, öncelikle C ve H atom sayıları denkleştirilir. Karbon sayısını denkleştirmek üzere CO 2 formülünün önüne 2 katsayısı, H sayısını denkleştirmek üzere de H 2 O formülünün önüne 3 katsayısı yazılır. C 2 H 6 + O 2 2 CO 2 + 3 H 2 O Şimdi sadece O denkleşmeden kalmıştır. Sağ tarafta yedi O atomu olduğundan, O 2 'nin önüne 7/2 katsayısı yazılır. Sonuçta denkleştirilmiş denklem, ortaya çıkar. C 2 H 6 + 7/2 O 2 2 CO 2 + 3 H O Reaktantlarda ve ürünlerde yer alan her bir elementin atomlarını sayarak denkleştirilmiş denklemi kontrol edelim. C H O Reaktantlar : 1x2 = 2 1 x 6 = 6 7/2 x 2 = 7 Ürünler : 2 x 1 = 2 3 x 2 = 6 (2 x 2) + 3 = 7 Yukarıdaki denkleştirilmiş denklemde, kesirli katsayı (7/2) kullandık. Kesirli katsayıların kullanılması kabul edilebilir, ancak genelde uygun bir sayı ile denklemi çarparak, kesirli sayıdan kurtulmak istenir. Bir kimyasal denklemin tüm katsayılarını aynı sayı ile çarpmak ya da bölmek atomların denkliklerini bozmaz. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

82 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR Buna göre, aşağıdaki şekilde söz konusu denklemi 2 ile çarparak, 7/2 kesirli sayısı, tam sayıya dönüştürülür. 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H O Denkleştirilmiş denklemi kontrol edelim: C H O Reaktantlar : 2x2 = 4 2 x 6 = 12 7 x 2 = 14 Ürünler : 4 x 1 = 4 6 x 2 = 12 (4 x 2) + 6 = 14 Çözümlü Soru 3 Aşağıdaki reaksiyona ilişkin denkleştirilmiş denklem nasıl yazılmalıdır? Fe 2 O 3 + HCl FeCl 3 + H 2 O Cevap Fe 2 O 3 + 6 HCl 2 FeCl 3 + 3 H 2 O 2.2. Denkleştirilmiş Denklem Katsayılarının Yorumu Bilindiği gibi, elementin en küçük birimi atom, bileşiğin en küçük birimi ise moleküldür. Buna göre, atom ve moleküller maddenin en küçük parçacıkları olup, bir kimyasal denklemdeki maddenin miktarlarının belirtilmesinde birim olarak kullanılabilirler. Örneğin azot ve hidrojen gazlarının reaksiyonundan amonyak gazı oluşumu reaksiyonunu ele alalım. N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) Denkleştirilmiş denkleme göre, 1 tane N 2 molekülü ile, 3 tane H 2 molekülü reaksiyona girmekte ve 2 tane NH 3 molekülü oluşmaktadır. Reaksiyona farklı miktarlarda azot ve hidrojen girseydi oluşan amonyak da ona bağlı olurdu. Örneğin 2 molekül N 2 ile 6 molekül H 2 'nin reaksiyonundan 4 molekül amonyak oluşur. Anlaşılacağı gibi reaksiyona giren N 2 ve H 2 'nin sayıları arttıkça oluşan NH 3 'ığın sayısı da aynı oranda artar. Bu artış oranları denklem katsayıları ile orantılıdır. Denklemdeki katsayılar atom veya molekül sayılarını belirtir, ancak tahmin edileceği gibi, reaksiyonlarda sadece birkaç atom veya molekül yer almaz. Çok küçük miktardaki maddelerle yapılan deneylerde bile çok fazla sayıda atom veya molekül reaksiyona girer. Bilindiği gibi kimyacılar çok büyük sayılarla uğraşmamak için 6.02 x 10 23 taneciği, "1 mol" olarak tanımlamışlardır. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 83 Buna göre yukarıdaki denklemi tekrar ifade edecek olursak; N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) 1 Molekül 3 Molekül 2 Molekül 6,02 x 10 23 Molekül 3 x 6,02 x 10 23 Molekül 2 x 6,02 x 10 23 Molekül 1 Mol 3 Mol 2 Mol şeklinde yazabiliriz. Buradan "1 mol N 2 'un, 3 mol H 2 ile reaksiyonundan 2 mol amonyak oluşur" ifadesini kullanabiliriz. Buna göre, denkleştirilmiş denklem katsayılarının, reaktantların ve ürünlerin tanecik sayıları (atom, molekül) veya mol sayıları arasındaki ilişkiyi göstermelerine karşın, maddelerin kütleleri arasındaki oranı göstermediklerini belirtmeliyiz. Bu durumda "1 gram N 2 ile 3 gram H 2 'nin reaksiyonundan 2 gram NH 3 oluşur" ifadesi kesinlikle yanlıştır. Kütle ile ifade edilecek doğru yorum ise "28 gram N 2 ile 6 gram H 2 'nin reaksiyonundan 34 gram NH 3 oluşur" şeklinde olmalıdır. Öte yandan reaktantların ve ürünlerin gaz halinde olduğu reaksiyonlarda katsayılar yukarıdaki ifadelerden farklı olarak "hacim" ile ifade edilebilir. Zira gazlar konusunda ayrıntılı olarak görüleceği gibi, ideal gazlarla ilgili PV = nrt bağıntısı dikkate alındığında; basıncı (P) ve sıcaklığı (T) aynı olan gazlar için hacim (V) ile mol sayısı (n) doğru orantılıdır. Buna göre, denkleştirilmiş denklemdeki katsayılar aynı zamanda hacimler arasındaki oranı da belirtir. Yukarıdaki denklemde maddeler gaz halinde olduğuna göre, katsayıları hacim olarak "Aynı sıcaklık ve basınç şartlarında, 1 hacim N 2 ile 3 hacim H 2 'nin reaksiyonundan 2 hacim NH 3 oluşur." şeklinde ifade edebiliriz. Çözümlü Soru 4 Aşağıdaki denklemde katsayıları hacim olarak ifade edebilir miyiz? 2 Na (k) + Cl 2 (g) 2 Na Cl (k) Cevap Denklemde Cl 2 haricindeki maddeler gaz halinde olmadığı için, denklem katsayılarını hacim olarak düşünemeyiz. Özetle denkleştirilmiş bir denklemin katsayıları arasındaki oranın, reaktantların ve ürünlerin Atom ve molekül sayıları arasındaki oranı, Mol sayıları arasındaki oranı, Gazların aynı koşullardaki hacim oranını AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

84 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR doğrudan gösterdiğini belirtebiliriz. Katsayıların bu şekilde ayrıntılı olarak açıklanmaları, bir sonraki bölümde öğreneceğimiz kimyasal hesaplamaların, daha kolay kavranmasına yardımcı olacaktır. 3. Kimyasal Denklemlere Dayanan Hesaplamalar Bu bölümde; daha önceki bölümlerde gördüğümüz denkleştirilmiş denklemler ve mol sayısı kavramlarını birleştirerek, kimyasal hesaplamaların nasıl yapıldığını göreceğiz. Tüm reaktantlar ve ürünler için doğru formüller ile denklem yazılır ve denkleştirilir. Verilen maddelerin (genellikle reaktantlar) miktarları mol'e çevrilir. Problemde aranan veya bilinmeyen miktarların (genellikle ürünler) mol sayılarını hesaplamak için denkleştirilmiş denklemdeki katsayılar kullanılır. Hesaplanan mol sayıları ve molar kütleler kullanılarak, aranan miktar hesaplanır. *Stokiyometri, Yunanca'da Steicheion (element) ve metron (ölçme) sözcüklerinden oluşmuş, element ölçüsü anlamındadır. Hepimiz hidrojenin oksijen ile reaksiyona girdiğini biliyoruz. Bu bizim reaksiyon hakkındaki nitel (kalitatif) bilgimizdir. Belli miktardaki hidrojen ve oksijenden ne kadar su elde edileceği konusu da, reaksiyon hakkındaki nicel (kantitatif) bilgimizin bir kısmıdır. Bir kimyasal reaksiyonda, reaktantlar ve ürünler arasındaki kütle bağıntısı, reaksiyonun stokiyometrisi* ile ilgilidir. Bu reaksiyonu nicel (kantitatif) yorumlayabilmek için molar kütle ve mol kavramı bilgilerine gereksinim vardır. Çoğu stokiyometrik hesaplamalarda temel soru; "Bir reaksiyonda başlangıç maddelerinin miktarı belli ise ne kadar ürün oluşacaktır?" şeklindedir. Bazı durumlarda da tersi sorunun, yanı "Belli miktardaki ürünü elde etmek için ne kadar başlangıç maddesine gereksinim vardır?" cevaplanması gerekebilir. Pratikte reaktantlar (veya ürünler) için, mol, gram, litre (gazlar için) v.b. birimler kullanılır. Hangi birimin kullanıldığına bakılmaksızın, bir reaksiyonda oluşan ürünün miktarını belirleme yaklaşımı "mol yöntemi" olarak bilinir. Bu yöntem "bir kimyasal denklemdeki stokiyometrik katsayılar her bir maddenin mol sayısı olarak yorumlanabilir." gerçeğine dayandırılmıştır. Mol yöntemi, aşağıda belirtilen basamaklar takip edilerek uygulanır: ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 85 Mol yöntemine dayanan stokiyometrik hesaplamaların en çok kullanılan üç şekli, aşağıdaki gibi şematik olarak özetlenebilir: Reaktantın mol sayısı Ürünün mol sayısı Reaktantın kütlesi Reaktantın mol sayısı Ürünün mol sayısı Reaktantın kütlesi Reaktantın mol sayısı Ürünün mol sayısı Ürünün kütlesi Reaksiyonlarda kantitatif bağıntıları incelerken " " işaretini "stokiyometrik olarak eşdeğer" veya basitçe "eşdeğer" anlamında kullanacağız. Örneğin, 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (s) denkleminde su oluşumu için, 2 mol H 2 'nin 1 mol O 2 ile reaksiyona girdiğini görüyoruz. Bu durumda 2 mol H 2, 1 mol O 2 'e eşdeğerdir. Bunu aşağıdaki gibi yazabiliriz: 2 mol H 2 1 mol O 2 Buna göre mol dönüşüm faktörü; 2 mol H 2 1 mol O 2 veya 1 mol O 2 2 mol H 2 şeklinde yazılabilir ve bu faktör "mol oranı" adını alır. Benzer şekilde, 2 mol H 2 (veya 1 mol O 2 ), 2 mol H 2 O oluşturur, buna göre 2 mol H 2 (veya 1 mol O 2 ) nin 2 mol H 2 O 'ya eşdeğer olduğunu aşağıdaki 2 mol H 2 2 mol H 2 O 1 mol O 2 2 mol H 2 O gibi belirtebiliriz ve dönüşüm faktörlerini, aşağıdaki ifadelerle yazabiliriz: 2 mol H 2 2 mol H 2 O veya 2 mol H 2 O, 1 mol O 2 2 mol H 2 2 mol H 2 O veya 2 mol H 2 O 1 mol O 2 Mol dönüşüm faktörü, reaksiyondaki iki maddenin mol sayıları ile ilgili bir kesir olup, "mol oranı" olarak da adlandırılır. Çözümlü Soru 5 Aşağıda denklemi verilen reaksiyonda, alüminyum (Al) ile oksijen (O 2 ) reaksiyona girerek alüminyum oksit (Al 2 O 3 ) oluşturmaktadırlar. 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

86 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR (a) 0,370 Mol Al, yeteri kadar O 2 ile reaksiyona girdiğinde, kaç mol Al 2 O 3 oluştuğunu hesaplayınız. (b) 5,00 Gram Al yeteri kadar oksijenle reaksiyona girdiğinde, kaç gram Al 2 O 3 oluştuğunu hesaplayınız. Cevap (a) 1. Basamak: Denkleştirilmiş denklem problemde verilmiştir. 2. Basamak: Madde miktarının mole çevrilmesine gerek yoktur, çünkü başlangıç maddesi Al, 0,370 mol olarak verilmiştir. 3. Basamak: Al 2 O 3 'in mol sayısını bulmak üzere, denklemdeki katsayıları kullanarak stokiyometrik bağıntıyı ve mol dönüşüm faktörünü yazalım. 4 mol Al, 2 mol Al 2 O 3 oluşturduğuna göre; 4 mol Al 2 mol Al 2 O 3 yazılabilir. Dönüşüm faktörleri; 4 mol Al veya 2 mol Al 2O 3 2 mol Al 2 O 3 4 mol Al şeklindedir. Hangi dönüşüm faktörünün kullanılacağı, problemde bulunmak istenene göre belirlenir. Burada bulunmak istenen Al 2 O 3 'ün mol sayısıdır. O halde Al mol'leri birbirini götürecek, Al 2 O 3 molünü verecek şekilde olan sağdaki dönüşüm faktörü uygundur. Oluşan Al 2 O 3 mol sayısı = 0,370 mol Al x 2 mol Al 2O 3 4 mol Al = 0,185 mol 4. Basamak: Bu problemde gerekmemektedir. (b) 1. Basamak: Denkleştirilmiş denklem problemde verilmiştir. 2. Basamak: 5,00 gram Al'un mol sayısını hesaplayalım. Al'un mol sayısı = 5,00 g Al x 1 mol Al = 0,185 mol Al 27,0 g Al 3. Basamak: 4 mol Al, 2 mol Al 2 O 3 oluşturduğuna göre, 4 mol Al 2 mol Al 2 O 3 yazılır ve (a) şıkkında olduğu gibi Al 2 O 3 mol sayısı hesaplanır. Oluşan Al 2 O 3 mol sayısı = 0,185 mol Al x 2 mol Al 2O 3 4 mol Al = 0,0925 mol Al 2 O 3 4. Basamak: Al 2 O 3 'in molar kütlesi (101,96 g) ile hesaplanan Al 2 O 3 'in mol sayısını kullanarak kaç gram Al 2 O 3 oluşacağını bulalım. Oluşan Al 2 O 3 kütlesi = 0,0925 mol Al 2 O 3 x 101,96 g Al 2O 3 1 mol Al 2 O 3 = 9,43 g Al 2 O 3 ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 87 Yukarıdaki örnekte yaptığımız hesaplamaları, aşağıda verilen şema ile özetleyebiliriz. x A + y B zc (a) A'nın mol sayısı Dönüşüm faktörü z mol C x mol A C'nin mol sayısı (b) A'nın kütlesi x 1 mol kütlesi A'nın Dönüşüm faktörü mol sayısı z mol C x mol A C'nin x (mol kütlesi) mol sayısı C'nin kütlesi Örnek problemdeki (Çözümlü Soru 5), (a) şıkkı, stokiyometri problemlerinin en basit tipi olup, "mol-mol" problemine örnektir. Reaksiyonda yer alan bir maddenin mol sayısı ile istenen maddenin mol sayısını bulmayı içerir. (b) şıkkı, "kütle-kütle" problemlerine örnektir. Burada reaksiyondaki bir maddenin kütlesi verilerek, diğer maddenin kütlesinin bulunması istenir. Çözümlü Soru 6 Soru 5'de verilen probleme göre; 5,00 g Al ile kaç mol O 2 reaksiyona girer? Kaç gram O 2 'e gereksinim vardır? Cevap Problemin cevabı, "0,139 mol O 2 ile reaksiyona girer ve 4.45 g O 2 'e gereksinim vardır" şeklinde verilmelidir. Çözümlü Soru 7 Aşağıda denklemi verilen reaksiyonda, etan (C 2 H 6 ) havada yandığı zaman karbon dioksit (CO 2 ) ve su (H 2 O) oluşmaktadır. 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O Bir etan örneği yeteri kadar oksijenle yakıldığında 3,22 g su oluşmaktadır. Buna göre, örnekte kaç gram etan vardır? Cevap 1. Basamak: Denkleştirilmiş denklem problemde verilmiştir. 2. Basamak: 3,22 g H 2 O 'un mol sayısını hesaplayalım. H 2 O 'nun mol sayısı = 3,22 g H 2 O x 1 mol H 2 O 18,0 g H 2 O = 0,179 mol H 2O AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

88 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 3. Basamak: 0,179 mol H 2 O 'yu oluşturmak için, gereken C 2 H 6 'nın mol sayısını hesaplayalım. Yukarıdaki denkleme göre, 2 mol C 2 H 6 'dan 6 mol H 2 O oluştuğuna göre 2 mol C 2 H 6 6 mol H 2 O yazılabilir. İlgili dönüşüm faktörleri, 6 mol H 2 O veya 2 mol C 2 H 6 2 mol C 2 H 6 6 mol H 2 O şeklindedir. Bu durumda, C 2 H 6 'nın mol sayısını, sağdaki dönüşüm faktörünü kullanarak hesaplayalım. C 2 H 6 'nın mol sayısı = 0,179 mol H 2 O x 2 mol C 2H 6 6 mol H 2 O = 0,0597 mol C 2H 6 4. Basamak: C 2 H 6 'nın mol kütlesi (30,0 g) ile hesaplanan C 2 H 6 'nın mol sayısını kullanarak kaç gram C 2 H 6 olduğunu bulalım. C 2 H 6 'nın kütlesi = 0,597 mol C 2 H 6 x 30,0 g C 2H 6 1 mol C 2 H 6 = 1,79 g C 2 H 6 Problemin cevabı, "1,79 g C 2 H 6 yeteri kadar oksijenle yanarak 3,22 g H 2 O oluşturur", şeklinde verilebilir. Problemin çözümünü aşağıdaki gibi şematik olarak özetleyebiliriz: 3,22 g H 2 O x 1 mol H 2 O 18,0 g H 2 O 0,179 mol H 2 O x 2 mol C 2 H 6 6 mol H 2 O 0,0597 mol C 2 H 6 x 30,0 g C 2 H 6 1 mol C 2 H 6 1,79 g C 2 H 6 Çözümlü Soru 8 Soru 7'de verilen probleme göre; 3,22 g su oluşturmak üzere kaç mol ve kaç gram oksijene gereksinim vardır? Cevap Problemin cevabı "0,209 mol ve 6,69 gram oksijene gereksinim vardır" şeklinde verilmelidir. Çözümlü Soru 9 Soru 7'de verilen probleme göre, kaç mol ve kaç gram karbon dioksit oluşur? Cevap Problemin cevabı, "0,119 mol ve 5.24 g CO 2 oluşur" şeklinde verilmelidir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 89 4. Sınırlayıcı Reaktif Bir kimyasal reaksiyon gerçekleştirilirken, reaktantlar denkleştirilmiş denklemdeki oranlarda bulunmayabilir. Bir reaksiyonda ilk tüketilen reaktant oluşacak ürünün maksimum miktarını belirleyeceğinden "sınırlayıcı reaktif" adını alır. Bu reaktif tüketildiğinde artık ürün oluşmayacaktır. Sınırlayıcı reaktif kavramını, bir fabrikadaki parçalardan biri gibi düşünerek açıklayabiliriz. Örneğin bir bisiklet fabrikasında 1500 tekerlek ve 900 direksiyon varsa, bisikletlerin maksimum sayısını mevcut tekerlek sayısı belirler, çünkü bir bisiklet için iki tekerlek gerekir ve 1500 tekerlek ile ancak 750 bisiklet yapılabilir. Burada tekerlekler sınırlayıcı reaktif gibi düşünülebilir. Tüm tekerlekler kullanıldığında 150 direksiyon artar. Çözümlü örneklerde açıklandığı gibi, etan'ın yanma reaksiyonunda; l l l l l l l l l l l l l l l l l l 2 C 2 H 6 + 7 O 2 4 CO 2 + 6 H 2 O Reaksiyon başlamadan önce Reaksiyon tamamlandıktan sonra 1,79 g etan, 6,69 g oksijenle yandığında 3,22 g su oluşmaktadır. Ancak elimizdeki etan miktarı daha az olduğunda ise, daha az miktarda su oluşacaktır. Etanın sınırlı miktarı, oluşacak ürün miktarını sınırlamaktadır. Etan burada sınırlayıcı reaktife örnektir. l Sınırlayıcı reaktif reaksiyon tamamlandığında tüketilmiştir. Aşırı reaktif Çözümlü Soru 10 Aşağıda denklemi verilen reaksiyonda, amonyak (NH 3 ) ile karbon dioksit (CO 2 ) reaksiyona sokulduğunda üre [ ( NH 2 ) 2 CO ] elde edilmektedir. 2 NH 3 (g) + CO 2 (g) (NH 2 ) 2 CO (sulu) + H 2 O (s) Bu durumda 212,2 g NH 3 ile 380,7 g CO 2 reaksiyona girdiğini varsayalım ve aşağıdaki sorulara cevap arayalım. a) İki reaktanttan hangisi sınırlayıcı reaktiftir? b) Oluşan ürenin gram miktarı ne kadardır? c) Reaksiyonun sonunda artan (aşırı miktardaki) reaktifin miktarı ne kadardır? Cevap (a) Öncelikle verilen miktarların mol sayısına çevrilmesi gerekir. NH 3 'ığın molar kütlesi 17,03 g mol -1, CO 2 'in molar kütlesi 44,01 g mol -1 olduğuna göre, NH 3 'ığın mol sayısı = 212,2 g NH 3 x 1 mol NH 3 17,03 g NH 3 = 12,46 mol NH 3 CO 2 'in mol sayısı = 380,7 g CO 2 x 1 mol CO 2 44,01 g CO 2 = 8,65 mol CO 2 AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

90 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR Denkleştirilmiş denklemden, 2 mol NH 3 1 mol CO 2 olduğuna göre 8,65 mol CO 2 ile reaksiyona girecek NH 3 mol sayısı, 8,65 mol CO 2 x 2 mol NH 3 1 mol CO 2 = 17,3 mol NH 3 olarak bulunur. Burada, CO 2 ile tam olarak reaksiyona girmesi için 17,3 mol NH 3 gerekmesine karşın 12,46 mol NH 3 bulunmaktadır. Dolayısıyla "NH 3 " sınırlayıacı reaktif, "CO 2 " ise aşırı reaktiftir. (b) Oluşan üre [ (NH 2 ) 2 CO ] miktarı, sınırlayıcı reaktif ile belirlenir. NH 2 2 CO'in miktarı = 12,46 mol NH3 x 1 mol NH2 2 CO x 60,06 g NH2 2 CO 2 mol NH 3 1 mol NH 2 2 CO = 374,17 g NH 2 2 CO (c) Reaksiyonda artan reaktant, yani aşırı reaktif CO 2 'dir. Artan CO 2 'in mol sayısı = 8,65 mol CO 2-12,46 mol NH 3 x 1 mol CO 2 2 mol NH 3 = 2,42 mol CO 2 Artan CO 2 'in g miktarı = 2,42 mol CO 2 x 44,01 g CO 2 1 mol CO 2 = 106,50 g CO 2 Çözümlü Soru 11 20,0 g Sodyum (Na) ve 40,0 g klorun (Cl 2 ) reaksiyona girerek, NaCl oluşturmalarında, sınırlayıcı reaktif hangi reaktanttır? Cevap Bu sorunun cevabı "sodyum sınırlayıcı reaktiftir" şeklinde verilmelidir. 5. Reaksiyon Verimleri Bir reaksiyondan elde edilecek ürün miktarı, reaksiyon başlangıcında bulunan sınırlayıcı reaktifin miktarına bağlıdır. Bu ürün miktarı "reaksiyon verimi" olarak adlandırılır. Kimyasal reaksiyon hesaplamalarında başlıca üç tip verim kullanılır: Teorik verim; sınırlayıcı reaktifin hepsinin reaksiyona girdiği düşünülerek, denkleştirilmiş denklem ile hesaplanan ürün miktarıdır. Teorik verim, elde edilebilecek maksimum verimdir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 91 Gerçek verim ise uygulamada elde edilebilen ürün miktarıdır ve hemen hemen her zaman teorik verimden daha düşüktür. Bunun için bir çok neden vardır. Örneğin birçok reaksiyon tersinirdir (tersinir yani geri dönüşümlü reaksiyonlar, denge konusunda görülecektir) ve yüzde yüz soldan sağa doğru ilerlemezler. Reaksiyonun yüzde yüz tamamlandığı durumda bile, gerçek verim düşük olabilir. Çünkü reaksiyon ortamından, ürünün tamamını saf halde elde etmek güç olabilir. Bazı reaksiyonlar ise karmaşık olabilir veya yan ürünler oluşabilir, oluşan ürünler kendi aralarında veya reaktantlarla başka ürünler oluşturmak üzere reaksiyona girebilirler. Bu tür reaksiyonlar verimi düşürürler. Bu durumda kimyacılar yüzde verim (% verim) terimini kullanmayı uygun bulmuşlardır. Yüzde verim, gerçek verimin, teorik verime oranı olup aşağıdaki formülle hesaplanır. Yüzde verim = Gerçek verim Teorik verim x 100 % Yüzde verim, yüzde 1 ile yüzde 100 arasında değerler alabilir. Genellikle bir reaksiyonda, ürünün yüzde veriminin maksimum yapılması amaçlanır. Çözümlü Soru 12 CaF 2 + H 2 SO 4 Ca SO 4 + 2HF Yukarıdaki reaksiyonu gerçekleştirmek üzere 6,00 kg CaF 2, aşırı miktarda H 2 SO 4 ile reaksiyona sokulduğunda, 2,86 kg HF elde edilmektedir. (a) Teorik, (b) gerçek, (c) yüzde verimi hesaplayınız? (a) Öncelikle Ca F 2 (mol kütlesi: 78,075 g mol -1 )'ün mol sayısını, 1 kg = 1000 g olduğunu göz önünde bulundurarak hesaplayalım. Ca F 2 'ün mol sayısı = 6,00 x10 3 g Ca F 2 x 1 mol Ca F 2 78,075 g Ca F 2 = 76,85 mol Ca F 2 Yukarıdaki denkleştirilmiş denklemde 1 mol Ca F 2 'den 2 mol HF oluştuğuna göre 1 mol CaF 2 2 mol HF yazılabilir ve HF'ün mol sayısı aşağıdaki bulunur. HF'ün mol sayısı = 76,85 mol Ca F 2 x 2 mol HF = 153,7 mol HF 1 mol Ca F 2 Teorik olarak oluşması beklenen HF miktarı molar kütle (19,99 g mol -1 ) kullanılarak hesaplanır. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

92 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 19,99 g Teorik HF miktarı = 153, 7 mol HF = 3072,46 g HF 1 mol HF Teorik verim = 3,07 kg (b) Gerçek verim: 2,86 kg (c) % verim = 2,86 kg x 100 % 3,07 = 93,16 % 4 Al + 3 O 2 2Al 2 O 3 Yukarıdaki denkleme göre, 5.00 g Al'dan 9,44 g Al 2 O 3 elde edilmiştir. Yüzde verimi hesaplayınız. Özet Kimyasal reaksiyonlar, iki veya daha fazla maddenin birbirleri ile etkileşerek kendi özelliklerini kaybedip, yeni özellikte madde veya maddeler oluşturmasıdır. Kimyasal reaksiyonlar, kimyasal formüller ve semboller kullanılarak kimyasal denklemlerle gösterilir. Kimyasal denklemde, reaktantlar, ürünlerden bir ok ile ayrılır ve bu ok kimyasal değişmenin yönünü belirtir. Kimyasal reaksiyon denklemleri denkleştirilmiş olmalıdır. Denkleştirme, reaktantların veya ürünlerin önüne uygun katsayılar yazılarak yapılır. Bu işlem yapılırken asla formül değiştirilmez. Denkleştirilmiş bir denklemde her tür elementin atom sayısı denklemin her iki yanında aynıdır. Denkleştirilmiş denklem sadece hangi elementlerin veya bileşiklerin kullanıldığını ifade etmekle kalmayıp, aynı zamanda bağıl miktarları da gösterir. Denkleştirilmiş denklemler, atom, molekül, mol hacim (gazlar için) sayısı terimleri ile yorumlanabilirler. Kimyasal hesaplamalar, reaktantların ve ürünlerin mol sayıları terimi ile kimyasal denklemin yorumuna dayandırılır ve denkleştirilmiş denklemden çıkarılan dönüşüm faktörleri kullanılır. Kimyasal hesaplamalarda mol-mol, mol-kütle dönüşümleri yapılır. Kimyasal hesaplamalarda, sınırlayıcı reaktifin belirlenmesi gerekir. Bir reaksiyonda ilk tüketilen reaktant oluşacak ürünün maksimum miktarını belirleyeceğinden "sınırlayıcı reaktif" adını alır. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 93 Sınırlayıcı reaktif miktarına göre belirlenen ürün miktarı "reaksiyon verimi" olarak bilinir. Bazı reaksiyonların verimleri % 100 olduğu halde, bazıları daha az verimle gerçekleşir. Gerçek verimin, teorik verime bölünüp, 100'le çarpılmasıyla % verim bulunur. Değerlendirme Soruları Aşağıdaki soruların yanıtlarını verilen seçenekler arasından bulunuz. 1. Kimyasal reaksiyonlarda aşağıdakilerden hangisinde bir değişme olur. A. Molekül sayısı B. Toplam kütle C. Atom sayısı ve türü D. Atomların çekirdek yapısı E. Toplam elektron sayısı 2. C 2 H 5 OH + O 2 CO 2 + H 2 O Yukarıdaki denklemde, C 2 H 5 OH bir mol alınarak denkleştirildiğinde, O 2 'nin kat sayısı aşağıdakilerden hangisidir? A. 7 2 B. 3 2 C. 5 2 D. 2 E. 3 3. 2Cr I 3 + 64Y + 27Cl 2 2K 2 CrO 4 + 54KCl + 6 KIO 4 + 32 H 2 O Yukarıdaki reaksiyonda Y yerine gelecek olan maddenin formülü aşağıdakilerden hangisidir? A. KOH B. KClO 3 C. KI D. KIO 3 E. K 2 CO 3 AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ

94 K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 4. 5. 6. 7. 2H 2 S + SO 2 3S + 2H 2 O Yukarıdaki reaksiyon düşünüldüğünde, aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur? A. H 2 S'ün bir molüne karşılık 3 mol kükürt oluşur. B. Tüketilen 1 mol H 2 S'e karşılık 1 mol H 2 O oluşur. C. Tüketilen her bir gram SO 2 'e karşılık 3g S oluşur. D. Ürünleri toplam mol sayısı, reaktantların moy sayısına eşittir. E. 2 gram H 2 S ile 1 gram SO 2 'ten 2 gram H 2 O oluşur. HNO 3 + C CO 2 + H 2 O + NO 2 Yukarıdaki reaksiyon denklemini ilkin denkleştiriniz ve ardından 12,6 g HNO 3 kullanıldığında oluşan CO 2 miktarını (g) hesaplayınız. A. 10 B. 7,7 C. 6,6 D. 3,3 E. 2,2 Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 Yukarıdaki reaksiyona göre 1,6 gram Fe 2 O 3 'ün tamamen Fe'e dönüştürmek için kaç mol CO'e gereksinim vardır? A. 0,01 B. 0,03 C. 0,06 D. 0,09 E. 0,12 6Na + Al 2 O 3 2Al + 3Na 2 O Yukarıdaki reaksiyona göre 5,52 g Sodyum ile 5,10 g Al 2 O 3 reaksiyona girdiğinde sınırlayıcı reaktif aşağıdakilerden hangisidir? A. Al B. Al 2 O 3 C. Na D. Na 2 O E. O 2 8. 7. Soruda verilen problemde, reaksiyonun sonunda aşırı miktarda bulunan reaktiften geriye ne kadar kalır? A. 1,02 g Al 2 O 3 B. 1,02 g Na 2 O C. 2,3 g Al D. G g Na E. 9,0 g Na 2 O ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ

K İ MYASAL REAKSİ YONLAR VE HESAPLAMALAR 95 9. Ti Cl 4 + 2Mg Ti + 2 MgCl 2 Yukarıdaki reaksiyona göre; 3,54 x 10 7 kg Ti ile 1,13 x 10 4 kg Mg reaksiyona girdiğinde, 7,91 x 10 3 kg Ti oluşmaktadır. Buna göre % verim nedir? A. % 20,1 B. % 40,2 C. % 57,8 D. % 88,6 E. 93,4 10. C 4 H 9 OH + Na Br + H 2 SO 4 C 4 H 9 Br + Na HSO 4 + H 2 O Yukarıdaki reaksiyona göre; 13,0 g C 4 H 9 OH, 21,6 g NaBr ve 33,8 g H 2 SO 4 'ten 16,8 g C 4 H 9 Br elde ediliyor. Bu reaksiyonun teorik, gerçek, yüzde verimleri nedir? Teorik V. Gerçek V. Yüzde V. A. 24,0 g 16,8 g % 70 B. 12,0 g 6,8 g % 68 C. 12,5 g 5,7 g % 55 D. 8,2 g 4,1 g % 40 E. 3,5 g 1,72 g % 25 Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar Atkins, P., Jones, L. Temel Kimya, Bilim Yayıncılık, Ankara, 3 rd ed. New York: Freeman and Company, 1998. Brady, J. E, Holum J. R. Fundamentals of Chemistry, New York: Wohn Wiley El Sons, 1981. Chang, R. Chemistry, 4 th ed. USA: Mc Graw-Hill Inc, 1991. Petrucci, R. H. and Harwood, W.S., Genel Kimya, Palme Yayıncılık, Ankara, 1994. Değerlendirme Sorularının Yanıtları 1. A 2. E 3. A 4. B 5. E 6. B 7. C 8. A 9. D 10. A AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ