مسابقه 276
در این مسابقه ابتدا توضیحات مختصری درباره استوکیمتری گازی و محاسبات آن و سپس یکی از سوالات المپیاد شیمی 2013 آمریکا برایتان طرح می‌شود.
در مسابقه قبل (شماره275) توضیح مختصری درباره کلیات استوکیومتری دادیم و گفتیم استوکیومتری به چند دسته تقسیم می‌شود که یکی از این دسته‌ها استوکیومتری گازی است. استوکیومتری گازی رابطه مقداری (نسبت) بین واکنش دهنده‌ها و محصولات در یک واکنش شیمیایی که تولید گاز می‌کند، میباشد. استوکیومتری گازی زمانی استفاده می‌شود که گازهای تولید شده در واکنش را بصورت ایدهآل فرض کنیم، و دما، فشار، و حجم تمامی گازها مشخص باشد. قانون گاز ایدهآل برای محسبات این واکنش‌ها استفاده می‌شود. معمولا دما و فشار استاندارد (STP) که در آن دما 0oc و فشار 1bar است برای شرایط محاسبات استوکیومتری گازی استفاده می‌شود.
محاسبات استوکیومتری گازی برای فشار یا جرم نامعین محصولات یا واکنش دهنده‌های گازی استفاده می‌شود. برای مثال، اگر می‌خواهیم حجم گاز NO2 تولید شده از سوختن 100g از NH3 طبق واکش زیر را محاسبه کنیم:
باید از محاسبات زیر استفاده کنیم:
نسبت مولی NH3 و NO2 در معادله موازنه شده بالا 1:1 میباشد، بنابراین 5.871 مول از NO2 تشکیل می‌شود. سپس از قانون گاز ایدهآل استفاده می‌کنیم تا حجم را در دمای 0oc (273.15K) و فشار 1 اتمسفر با استفاده از ثابت گازها که R=0.08206L.atm.K-1.mol-1 میباشد، را بدست آوریم:
در استوکیومتری گازی معمولا باید جرم مولی گاز، با توجه به چگالی آن را بدانیم. قانون گاز ایدهآل می‌تواند بازآرایی شود تا رابطه‌ای میان چگالی و جرم مولی یک گاز ایدهآل بدست آید:
و بنابراین:
P = فشار خالص گاز
V = حجم گاز
n = تعداد مول
R = ثابت جهانی گازها
T = دمای خالص گاز
Ρ = چگالی گاز در دما و فشار مشخص
m = جرم گاز
M = جرم مولی گاز
مساله‌ای که در زیر برای شما مطرح می‌شود یکی از سوالات المپیاد شیمی 2013 آمریکا میباشد که امیدواریم تمامی شما دوستان عزیز جواب درست را پیدا کنید.
نکته: مساله‌ی زیر تنها از شما جرم را خواسته است. در صورت تمایل می‌توانید با در نظر گرفتن شرایط STP که در بالا توضیح داده شد، حجم را نیز محاسبه کنید که تمرین خوبی نیز برای کار کردن با معادله گاز ایدهآل میباشد.
یک کیسه‌ی معمولی فروشگاه از جنس پلی‌اتیلن دارای وزن 12.4g میباشد. چند تن CO2 در صورتیکه 102 میلیارد کسیه در یک سال در آمریکا سوزانده شود در اتمسفر آزاد می‌شود؟ (1تن=1000کیلوگرم)
اطلاعات: فرمول شیمیایی پلی‌اتیلن و معادله سوختن در مساله آورده نشده و باید خود بیابید. جرم مولی عناصر هم در زیر آورده شده است:
C = 12.01 g/mol
H = 1.008 g/mol
O = 16.00 g/mol
1. 4.52x104
2. 1.99x106
3. 3.98x106
4. 3.98x109