화학량론(stoichiometry), 생성물 수율 및 제한 반응물(Limiting Reactants)

화학 반응에서 반응물의 구성 요소인 원자는 생성물이라고 하는 새로운 실체를 형성하기 위해 재배열됩니다. 질량 보존의 법칙은 물질은 창조될 수도 없고 파괴될 수도 없다고 명시하고 있다. 따라서 고립된 시스템에서의 화학 반응의 경우 질량이 일정하게 유지됩니다.

반응물 측의 원자 수는 제품 측의 원자 수와 같으며 방정식이 균형을 이루고 있음을 알 수 있습니다. 반응물과 생성물 수량 사이의 이러한 관계를 화학량론이라고 합니다.

이제 화학 방정식의 균형을 맞추는 연습을 해 보겠습니다. 다음은 시작하는 데 도움이 되는 이산화탄소와 이산화질소에 대한 계수입니다. 먼저 양쪽에 있는 원자의 수를 세어 보겠습니다. 방정식에 얼마나 많은 분자가 있는지 나타내는 계수와 분자에 얼마나 많은 원자가 있는지 알려주는 아래 첨자에 모두 주의하십시오.

그런 다음 각 원자에 대한 계수 및 아래 첨자 값을 곱합니다. 모든 요소에 대해 반복합니다. 원소가 여러 분자에 있는 경우 각 분자의 원자 수를 추가하기만 하면 됩니다. 모든 요소에 대해 이 작업이 완료되면 반응이 균형을 이루고 있는지 확인하십시오.

현재 상태에서는 방정식이 균형을 이루지 않습니다. 반응물 측에는 질소가 1개 있지만 생성물 측에는 4개의 질소가 있음을 알 수 있습니다. 질소의 균형을 맞추려면 4개의 반응 분자가 필요하므로 모든 원소에 4를 곱합니다. 이것은 탄소의 균형도 맞춥니다. 제품 측에는 두 개의 수소 원자가 있습니다. 따라서 우리는 14개의 H2O 제품을 만들 것입니다. 이것은 제품 측에 38개의 산소 원자를 만들며, 반응물 측에 19개의 산소 분자가 필요합니다. 마지막으로, 방정식이 균형을 이룹니다.

계수 간의 관계는 몰 양 간의 관계를 나타냅니다. 이 방정식에서 메탄 분자 1개는 산소 분자 2개와 반응하여 이산화탄소 분자 1개와 물 분자 2개를 만듭니다. 반응물이 완전히 소모되면 반응이 멈추어 만들 수 있는 생성물의 양이 제한됩니다. 그 반응물을 제한 반응물이라고 합니다.

이론적 수율이라고 하는 생성물의 가능한 최대량은 제한 반응물의 양에 따라 다릅니다. 그러나 실제 제품 수율은 부반응, 정제 단계로 인한 손실 또는 인적 오류에 따라 달라질 수 있습니다. 퍼센트 항복은 이론적 수율의 몇 퍼센트를 얻었는지 알려주며 이 방정식으로 결정됩니다.

이 실험실에서는 염화니켈 육수화물을 에틸렌디아민과 반응시켜 니켈 배위 복합체를 합성합니다. 그런 다음 생산량을 측정하고, 반응의 제한 반응물을 결정하고, 생성물의 수율 백분율을 계산합니다.