2015年4月19日 星期日

化學教室 – Reacting Masses



32g of MnO2 and 48g of HCl participate in the chemical reaction with the following equation:
MnO2 + 4HCl   MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Calculate the mass of Cl2 formed and the mass of the remaining reactant.
(Relative atomic masses: Mn 54.9, Cl 35.5, O 16.0, H 1.0)

最近有幾位補習學生都不懂得處理這條題目。

首先同學需要了解在化學計算的世界裡,質量並非共同語言,粒數才是;正如我們在國際貿易中,不是以物易物,而是拿美元作換算單位。

知道反應物的質量,並不能由此直接算出生成物的質量。大家看看那equation表達的是什麼?它其實是在說每1A(MnO2)會跟4B(HCl)反應,消滅後生成1C(MnCl2)1D(Cl2)2E(H2O)

我們需要將題目提供的兩個反應物的質量化為粒數(no. of moles),籍以判別那個是limiting agent,那個是in excess

No. of moles of MnO2 present = 32g/(54.9+2x16)gmol-1 = 0.368mol
No. of moles of HCl present = 48g/(1+35.5)gmol-1= 1.315mol

順帶一提,很多同學都說經常把 mass/molar mass = no. of moles 這條式弄錯,乘除不分。其實只要大家留意一下它們的單位,便不會砌錯式。除非同學們連單位也弄錯了,我便無話可說。

也有幾位同學問我No. of moles of HCl 是否48g/4(1+35.5)gmol-1,因為equation中出現了4HCl。其實算式中的份母是HClmolar mass,是一個「死數」,不受equation影響。要計molar mass,只須知道那個物質的chemical formularelative atomic masses of its constituent elements

要找出limiting mass,可從任何一種反應物的粒數開始著手,
No. of moles of MnO2 present = 0.368 mol
No. of moles of HCl required = 0.368mol x 4 = 1.472 mol
需要的HCl (1.472 mol)超過了現有的(1.315 mol),即現有的HCl不夠用,於是HCl便是limiting agent

這回可以試吓從HCl著手,
No. of moles of HCl present = 1.315 mol
No. of moles of MnO2 required = 1.315mol/4 = 0.329 mol
現有的MnO2(0.368 mol)多於需要的(0.329 mol),即現有的MnO2in excess。在反應中HCl會耗盡,於是HCl便是limiting agent

反應中生成物有多少是基於有多少反應物消耗掉去算出來的,沒有滅,那有生呢?換句話說,它是由limiting agent主宰的。從equation中可以看到每4HCl的消滅就會產生1Cl2 molecule,看equation就是要掌握這些粒數比。

No. of moles of Cl2 formed = 1.315 mol/4 = 0.329 mol
Mass of Cl2 formed = 0.329 mol x 71gmol-1 = 23.359g

No. of moles of excess MnO2 = that present – that required
= 0.368 mol - 0.329 mol = 0.039 mol
Mass of excess MnO2 = 0.039 mol x (54.9+2x16)gmol-1 = 3.389g

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