화학량론적 계산

화학량론적 계산

 

 

 

1. 4.30몰의 C3H8와 21.5몰의 O2가 반응하여 생성되는 CO2의 몰수는?

( 4.30 mol C3H8 21.5 mol O2 CO2 mol )

 

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균형 맞춘 화학 반응식

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

( 참고 https://ywpop.tistory.com/15058 )

 

 

 

C3H8 : O2 = 1 : 5 계수비(= 몰수비) 이므로,

4.30 mol C3H8과 화학량론적으로 반응하는 O2의 몰수를 계산하면,

C3H8 : O2 = 1 : 5 = 4.3 mol : ? mol

? = 5 × 4.3 = 21.5 mol O2

---> C3H8 4.3 mol과 O2 21.5 mol은 전부 반응

 

 

 

C3H8 : CO2 = 1 : 3 = 4.3 mol : ? mol

? = 3 × 4.3 = 12.9 mol CO2 생성

 

 

 

 

2. 프로페인 96.1 g이 충분한 양의 산소와 반응할 때

생성되는 이산화탄소의 질량은?

 

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균형 맞춘 반응식

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

 

 

 

프로페인(몰질량 44.10 g/mol) 96.1 g의 몰수를 계산하면,

96.1 g / (44.10 g/mol) = 2.179 mol 프로페인

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

 

프로페인 2.179 mol이 반응하면,

C3H8 : CO2 = 1 : 3 = 2.179 mol : ? mol

? = 3 × 2.179 = 6.537 mol CO2 생성

 

 

 

CO2(몰질량 44.01 g/mol)의 몰수를 질량으로 환산하면,

6.537 mol × (44.01 g/mol) = 288 g CO2 생성

 

 

 

 

3. 프로페인 96.1 g이 충분한 양의 산소와 반응할 때

생성되는 물의 질량은?

 

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균형 맞춘 반응식

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

 

 

 

프로페인(몰질량 44.10 g/mol) 96.1 g의 몰수 계산

96.1 g / (44.10 g/mol) = 2.179 mol 프로페인

 

 

 

프로페인 2.179 mol이 반응하면,

C3H8 : H2O = 1 : 4 = 2.179 mol : ? mol

? = 4 × 2.179 = 8.716 mol H2O 생성

 

 

 

H2O(몰질량 18 g/mol)의 몰수를 질량으로 환산하면,

8.716 mol × (18 g/mol) = 157 g H2O 생성

 

 

 

 

4. 메탄올 6.0 kg을 제조하기 위해 필요한 일산화탄소와 수소가 각각 얼마?

 

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균형 맞춘 반응식

CO(g) + 2H2(g) → CH3OH(l)

 

 

 

메탄올(몰질량 32 g/mol) 6 kg의 몰수 계산

6000 g / (32 g/mol) = 187.5 mol 메탄올

 

 

 

균형 맞춘 반응식으로부터, 필요한 반응물을 몰수로 나타내면,

CO = 187.5 mol

H2 = 2 × 187.5 mol = 375 mol

 

 

 

각각을 질량으로 환산하면,

CO = 187.5 mol × (28 g/mol) = 5250 g = 5.25 kg CO

H2 = 375 mol × (2 g/mol) = 750 g = 0.750 kg H2

 

 

 

 

5. 25.0 kg의 질소 기체와 5.00 kg의 수소 기체를 혼합하여

암모니아를 제조한다고 가정하고,

이 반응이 완결되었을 때 만들어질 암모니아의 양을 계산하시오.

( 25.0 kg N2 gas 5.00 kg H2 gas NH3 )

 

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균형 맞춘 반응식

N2 + 3H2 → 2NH3

 

 

 

25.0 kg N2(몰질량 28 g/mol)와

5.00 kg H2(몰질량 2 g/mol)의 몰수를 계산하면,

25000 g / (28 g/mol) = 892.86 mol N2

5000 g / (2 g/mol) = 2500 mol H2

 

 

 

N2 + 3H2 → 2NH3

N2 : H2 = 1 : 3 계수비(= 몰수비) 이므로,

892.86 mol N2와 반응하는 H2의 몰수를 계산하면,

N2 : H2 = 1 : 3 = 892.86 mol : ? mol

? = 3 × 892.86 = 2678.58 mol H2

---> H2는 이만큼 없다, 부족하다?

---> H2가 한계 반응물.

( 참고: 한계 반응물 https://ywpop.tistory.com/3318 )

 

 

 

암모니아의 양은 수소의 양에 의해 결정되므로,

H2 : NH3 = 3 : 2 = 2500 mol : ? mol

? = 2 × 2500 / 3 = 1666.67 mol NH3

 

 

 

암모니아(몰질량 17 g/mol)의 몰수를 질량으로 환산하면,

1666.67 mol × (17 g/mol) = 28333.39 g = 28.3 kg NH3

 

 

 

 

6. Li^＋ 이온과 N^3- 이온으로 구성된 이온성 화합물인 질화리튬은

금속 리튬과 질소 기체를 반응시켜 만든다.

아래 균형 맞추지 않은 반응식을 참조하여

56.0 g의 질소 기체와 56.0 g의 리튬의 반응으로

얻을 수 있는 질화리튬의 양을 계산하시오.

( 56.0 g N2 gas 56.0 g Li Li3N mass )

 

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균형 맞춘 반응식

6Li(s) + N2(g) → 2Li3N(s)

 

 

 

질소(몰질량 28 g/mol)와 리튬(몰질량 6.94 g/mol)의 질량을 몰수로 나타내면,

56.0 g / (28 g/mol) = 2.00 mol N2

56.0 g / (6.94 g/mol) = 8.07 mol Li

 

 

 

Li : N2 = 6 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

8.07 mol Li과 반응하는 N2의 몰수를 계산하면,

Li : N2 = 6 : 1 = 8.07 mol : ? mol

? = 8.07 / 6 = 1.345 mol N2

---> N2는 이만큼 있다, 남는다?

---> N2는 과잉 반응물, Li가 한계 반응물.

( 참고: 한계 반응물 https://ywpop.tistory.com/3318 )

 

 

 

질화리튬의 양은 리튬의 양에 의해 결정되므로,

Li : Li3N = 6 : 2 = 8.07 mol : ? mol

? = 2 × 8.07 / 6 = 2.69 mol Li3N

 

 

 

질화리튬(몰질량 34.83 g/mol)의 몰수를 질량으로 환산하면,

2.69 mol × (34.83 g/mol) = 93.7 g Li3N