「化学量論」とは、化学反応における反応物と生成物の比率を指します。一般的な反応物AとBが結合して生成物CとDを生成する典型的な化学反応では、化学量論的計算により、化学者は追加する必要のあるAのグラム数を決定できます。反応混合物を化合物Bと反応させ、製品CおよびDのグラム数を予測します。しかし、学生は、物質のモル数の計算を伴うため、化学量論の問題が難しいと感じることがよくあります。化学量論の問題を簡単にするための鍵は、問題に対する体系的なアプローチを採用して実践することです。
化学反応式のバランスをとります。平衡反応式には、反応矢印の両側に同じ数の各タイプの原子が含まれています。たとえば、水素(H2)と酸素(O2)の反応による水(H2O)の生成は、2 H2 + O2 ---> 2 H2Oになります。これは、2分子の水素が1分子の酸素と反応して2分子の水を生成することを意味します。
材料のグラムを分子量で除算することにより、反応物または生成物の質量をモルに変換します。ほくろは、単に物質の量を表現する別の方法を表しています。化学量論的計算を実行するには、単一の反応成分の質量を知るだけでよいことに注意してください。その後、他のすべてのコンポーネントの質量を計算できます。ステップ1の例では、1.0グラムの水素が反応すると仮定します。水素の分子量-分子式のすべての原子の原子量を合計することで決定-は、モルあたり2.02グラムです。これは、反応に(1.0グラム)/(2.02グラム/モル)= 0.50モルの水素が含まれることを意味します。
水素のモルに適切な化学量論比を掛けて、反応に関与する他の物質のモル数を決定します。化学量論比は、単純にバランス化学式からの係数の比を表します。常に、質量を計算する化合物の係数を一番上に配置し、質量を最初から計算する化合物の係数を一番下に配置します。ステップ1の例では、水素を反応させるのに必要な酸素のモルを1/2倍することで計算できます。または、生成する水のモルを2/2倍することで計算できます。したがって、0.50モルのH2が必要になります。 0.25モルの酸素と0.50モルの水を生成します。
物質のモルをグラムに変換して問題を解決します。モルに変換するには、化合物の分子量で割る必要がありました。したがって、グラムに戻すには、モルに分子量を掛ける必要があります。水素の場合、反応に1.0グラムのH2が関与することがすでにわかっているため、これは不要です。酸素O2の場合、分子量は32.00グラム/モルおよび0.25モル* 32.00グラム/モル= 8.0グラムのO2です。水の場合、分子量は18.02グラム/モルおよび0.50モル* 18.02グラム/モル= 9.0グラムのH2Oです。
反応物の合計グラムが製品の合計グラムと等しくなければならないことに注意して、結果を再確認してください。この場合、H2とO2の合計質量はそれぞれ1.0グラムと8.0グラムで、合計9.0グラムで、9.0グラムの水が生成されました。これは、質量の保存の法則を反映しており、物質は化学反応によって作成または破壊することはできません。