Skip to content
Graad 10 · Chemie · Les 6

Stoïgiometrie

Bemeester die molbegrip, bereken molêre massas, gebruik Avogadro se getal, en pas stoïgiometriese verhoudings toe om kwantitatiewe chemieprobleme op te los.
Nasionale Senior Sertifikaat

Die Molbegrip

Chemie handel oor atome en molekules — te klein om individueel te tel. Die MOL is die chemikus se telling-eenheid wat die deeltjiewêreld en die makroskopiese (laboratorium-) wêreld verbind.

1 mol = 6,022 × 10²³ deeltjies (atome, molekules, ione, of formule-eenhede). Hierdie getal word Avogadro se getal (Nₐ) genoem. Net soos 'n "dosyn" altyd 12 beteken, beteken 'n "mol" altyd 6,022 × 10²³.

1 mol van enige element bevat Avogadro se getal atome EN het 'n massa gelyk aan die atoommassa vanaf die periodieke tabel uitgedruk in gram (g·mol⁻¹). Byvoorbeeld: 1 mol koolstof (C) het massa 12 g; 1 mol yster (Fe) het massa 55,85 g; 1 mol suurstofgas (O₂) het massa 32 g.

Nₐ = 6,022 × 10²³ mol⁻¹ | M(element) = atoommassa in g·mol⁻¹

Molêre Massa

Die molêre massa (M) van 'n verbinding is die massa van 1 mol van daardie verbinding. Dit word bereken deur die molêre massas van al die atome in die formule bymekaar te tel, vermenigvuldig met hul subskripte. Eenhede: g·mol⁻¹.

Verbinding Formule Berekening M (g·mol⁻¹)
WaterH₂O2(1,0) + 16,018,0
KalsiumkarbonaatCaCO₃40,1 + 12,0 + 3(16,0)100,1
SwaelsuurH₂SO₄2(1,0) + 32,1 + 4(16,0)98,1
NatriumhidroksiedNaOH23,0 + 16,0 + 1,040,0
Yster(III)oksiedFe₂O₃2(55,8) + 3(16,0)159,6
GlukoseC₆H₁₂O₆6(12,0) + 12(1,0) + 6(16,0)180,0

Molberekeninge

Die drie kern-molvergelykings verbind mol (n) met massa (m), aantal deeltjies (N), en volume gas (V):

n = m / M     (mol = massa ÷ molêre massa)
n = N / Nₐ    (mol = aantal deeltjies ÷ Avogadro se getal)
n = V / Vₘ    (mol = volume gas ÷ molêre volume; Vₘ = 22,4 L·mol⁻¹ by STD)
c = n / V      (konsentrasie = mol ÷ volume in liter; eenhede: mol·L⁻¹)
STD = Standaardtemperatuur en -druk: 0°C (273 K) en 101,3 kPa. By STD beslaan 1 mol van ENIGE gas 22,4 liter (die molêre volume, Vₘ).

Uitgewerkte Voorbeeld 1 — Hoeveel mol is daar in 54 g water (H₂O)?
M(H₂O) = 18 g·mol⁻¹; n = m/M = 54/18 = 3 mol. Antwoord: 3 mol.

Uitgewerkte Voorbeeld 2 — Hoeveel molekules is daar in 3 mol water?
N = n × Nₐ = 3 × 6,022 × 10²³ = 1,807 × 10²⁴ molekules.

Uitgewerkte Voorbeeld 3 — Watter volume beslaan 2 mol CO₂ by STD?
V = n × Vₘ = 2 × 22,4 = 44,8 L.

Uitgewerkte Voorbeeld 4 — Wat is die konsentrasie van 'n oplossing wat 0,5 mol NaOH in 250 mL water bevat?
V = 250 mL = 0,250 L; c = n/V = 0,5/0,250 = 2 mol·L⁻¹.

Persentasiesamestelling

Persentasiesamestelling vertel ons watter breukdeel van 'n verbinding se massa van elke element kom:

% by massa van element X = (molêre massa van X × subskrip van X) / M(verbinding) × 100%

Voorbeeld: % O in H₂O = (16,0 × 1)/18,0 × 100 = 88,9%. % H in H₂O = (1,0 × 2)/18,0 × 100 = 11,1%.

Voorbeeld: % Ca in CaCO₃ = 40,1/100,1 × 100 = 40,1%. Dit verduidelik waarom kalksteen (CaCO₃) gebruik word om kalsium in landbou te verskaf.

Empiriese en Molekulêre Formules

Die EMPIRIESE FORMULE is die eenvoudigste heelgetal-verhouding van atome in 'n verbinding. Die MOLEKULÊRE FORMULE gee die werklike aantal atome in een molekule (dit is altyd 'n heelgetal-veelvoud van die empiriese formule).

Metode om die empiriese formule vanaf % samestelling te vind: (1) Neem % as massa in gram. (2) Deel elke massa deur die element se molêre massa om mol te kry. (3) Deel almal deur die kleinste molwaarde. (4) Rond af tot heelgetalle (of vermenigvuldig om breuke te verwyder).

Voorbeeld: 'n Verbinding is 40,0% C, 6,7% H, 53,3% O per massa. Stap 1: 40,0 g C, 6,7 g H, 53,3 g O. Stap 2: mol C = 40,0/12 = 3,33; mol H = 6,7/1 = 6,7; mol O = 53,3/16 = 3,33. Stap 3: verhouding C:H:O = 3,33:6,7:3,33 → deel deur 3,33 → 1:2:1. Empiriese formule: CH₂O (glukose-eenheid).

As M(werklik) = 180 g·mol⁻¹ en M(empiries CH₂O) = 30 g·mol⁻¹, dan n = 180/30 = 6. Molekulêre formule = 6 × CH₂O = C₆H₁₂O₆ (glukose).

Stoïgiometriese Berekeninge vanaf Gebalanseerde Vergelykings

'n Gebalanseerde chemiese vergelyking gee die MOLVERHOUDINGS waarin reaktante kombineer en produkte vorm. Hierdie verhoudings word direk in stoïgiometrieberekeninge gebruik.

Algemene metode: (1) Skryf 'n gebalanseerde vergelyking. (2) Skakel gegewe massa om na mol met n = m/M. (3) Gebruik die molverhouding uit die vergelyking om mol van die verlangde stof te vind. (4) Skakel mol terug na massa (of volume, of deeltjies) soos vereis.

Uitgewerkte Voorbeeld — Ontbinding van kalsiumkarbonaat:
CaCO₃ → CaO + CO₂     Molverhouding: 1 : 1 : 1
"As 50 g CaCO₃ volledig ontbind, watter massa CO₂ word geproduseer?"
Stap 1: n(CaCO₃) = 50/100 = 0,5 mol
Stap 2: Uit die verhouding, n(CO₂) = 0,5 mol (1:1-verhouding)
Stap 3: m(CO₂) = n × M = 0,5 × 44 = 22 g

Uitgewerkte Voorbeeld — Neutralisasie:
NaOH + HCl → NaCl + H₂O     Molverhouding: 1 : 1 : 1 : 1
"Watter massa NaOH is nodig om 3,65 g HCl te neutraliseer?"
n(HCl) = 3,65/36,5 = 0,100 mol; n(NaOH) = 0,100 mol (1:1); m(NaOH) = 0,100 × 40 = 4,0 g

Beperkende Reagens

In die meeste reaksies raak een reaktant eerste op — dit is die BEPERKENDE REAGENS. Dit bepaal die maksimum hoeveelheid produk wat kan vorm. Die reagens wat na die reaksie oorbly, word die OORMAAT-reagens genoem.

Metode om die beperkende reagens te vind: (1) Skakel beide reaktantmassas om na mol. (2) Deel elkeen deur sy stoïgiometriese koëffisiënt (molverhoudingsgetal). (3) Die kleiner resultaat is die beperkende reagens.

Voorbeeld: 10 g Na₂CO₃ reageer met 10 g HCl. Vergelyking: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂
n(Na₂CO₃) = 10/106 = 0,0943 mol. Verhoudingsvereiste: elke mol Na₂CO₃ benodig 2 mol HCl → sou 0,1887 mol HCl benodig.
n(HCl) = 10/36,5 = 0,274 mol. Deel deur koëffisiënt: HCl: 0,274/2 = 0,137; Na₂CO₃: 0,0943/1 = 0,0943.
Na₂CO₃ gee die kleiner waarde → Na₂CO₃ is die beperkende reagens. HCl is in oormaat.
Teoretiese opbrengs van CO₂: n = 0,0943 mol; m = 0,0943 × 44 = 4,15 g.

Persentasie-opbrengs

% opbrengs = (werklike opbrengs / teoretiese opbrengs) × 100%

In die praktyk lewer reaksies selde 100% van die teoretiese opbrengs weens: onvolledige reaksies, newereaksies wat ongewenste produkte produseer, verliese tydens skeiding/suiwering, of ewewigsbeperkings. 'n Hoë % opbrengs is industrieel wenslik om ekonomiese en omgewingsredes.

IEB-uitbreiding — Verdunning, Titrasies & Gaswet-stoïgiometrie

Verdunning: Wanneer 'n gekonsentreerde oplossing (voorraad) met water verdun word, bly die mol opgeloste stof konstant. C₁V₁ = C₂V₂ waar 1 = gekonsentreerd, 2 = verdun.
Voorbeeld: Watter volume van 6 mol·L⁻¹ HCl word benodig om 250 mL van 0,5 mol·L⁻¹ HCl te maak?
C₁V₁ = C₂V₂ → 6 × V₁ = 0,5 × 0,250 → V₁ = 0,125/6 = 0,0208 L = 20,8 mL.

Titrasie: 'n volumetriese tegniek om die konsentrasie van 'n onbekende oplossing te bepaal. 'n Standaardoplossing (bekende konsentrasie) word vanaf 'n buret by 'n bekende volume van die onbekende oplossing gevoeg totdat die ekwivalensiepunt bereik word (aangedui deur 'n kleurverandering van 'n indikator).
Volledige berekening: NaOH getitreer met HCl. NaOH + HCl → NaCl + H₂O. By ekwivalensie: n(NaOH) = n(HCl).
As 25,0 mL NaOH getitreer word met 22,4 mL van 0,100 mol·L⁻¹ HCl:
n(HCl) = c × V = 0,100 × 0,0224 = 0,00224 mol; n(NaOH) = 0,00224 mol; c(NaOH) = n/V = 0,00224/0,0250 = 0,0896 mol·L⁻¹.

Gasstoïgiometrie by nie-STD-toestande: gebruik die ideale gaswet PV = nRT waar R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹ (of 8,314 Pa·m³·mol⁻¹·K⁻¹).
Voorbeeld: Watter volume beslaan 2 mol CO₂ by 25°C en 150 kPa?
T = 298 K; P = 150 000 Pa; V = nRT/P = (2 × 8,314 × 298)/150 000 = 4955/150 000 = 0,0330 m³ = 33,0 L.

Voorspel eers: Hoeveel mol is daar in 36 g water (M = 18 g·mol⁻¹)? Werk dit eers uit. Toets dit dan: Kontroleer met die molrekenaar en probeer dan die beperkende-reagens-modus.

Molberekenaar

Modus
0/8
Toets Voltooi
NSC-oefeningvrae
Vraag 1  (1 punt)
Hoeveel mol is daar in 36 g water (H₂O)? [M(H₂O) = 18 g·mol⁻¹]
Vraag 2  (1 punt)
Die molêre massa van CaCO₃ is: [Ca=40, C=12, O=16]
Vraag 3  (1 punt)
Watter volume beslaan 0,5 mol stikstofgas (N₂) by STD?
Vraag 4  (1 punt)
In die reaksie N₂ + 3H₂ → 2NH₃, hoeveel mol NH₃ word geproduseer vanaf 3 mol H₂?
Vraag 5  (3 punte)
'n Verbinding bevat 75% koolstof en 25% waterstof per massa. Sy empiriese formule is:
Vraag 6  (1 punt)
In 'n reaksie word 5 g van produk A verkry wanneer die teoretiese opbrengs 8 g is. Die persentasie-opbrengs is:
Vraag 7  (3 punte)
12,0 g magnesium reageer met 40,0 g suurstofgas: 2Mg + O₂ → 2MgO. [M(Mg) = 24, M(O₂) = 32, M(MgO) = 40] Watter massa MgO word geproduseer?
Vraag 8  (3 punte)
'n Koolwaterstof het empiriese formule CH₂ en 'n molêre massa van 84 g·mol⁻¹. Wat is sy molekulêre formule?
IEB-vraag 1 IEB  (1 punt)
25,0 mL NaOH-oplossing word teen 0,150 mol·L⁻¹ HCl-oplossing getitreer. Dit neem 18,6 mL HCl om die ekwivalensiepunt te bereik. Wat is die konsentrasie van die NaOH-oplossing? [NaOH + HCl → NaCl + H₂O]
IEB-vraag 2 IEB  (1 punt)
2,00 mol van 'n ideale gas is by 27°C en 200 kPa. Watter volume beslaan dit? [R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹]
Wys ALLE berekeninge. Sluit eenhede by elke stap in.
Vraag 1
Bereken die molêre massa van:
(a) Al₂(SO₄)₃    (b) Fe(NO₃)₃    (c) Ca₃(PO₄)₂
[Atoommassas: Al = 27, S = 32, O = 16, Fe = 56, N = 14, Ca = 40, P = 31]
Vraag 2
'n Verbinding bevat 52,2% koolstof, 13,0% waterstof, en 34,8% suurstof per massa. Sy molêre massa is 46 g·mol⁻¹.
(a) Bepaal die empiriese formule.
(b) Bepaal die molekulêre formule.
Vraag 3
In die reaksie: 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. As 5,4 g aluminium met oormaat chloor reageer:
(a) Hoeveel mol Al reageer?
(b) Hoeveel mol AlCl₃ word geproduseer?
(c) Watter massa AlCl₃ word geproduseer?
[M(Al) = 27, M(AlCl₃) = 133,5]
Vraag 4
10,0 g yster(III)oksied (Fe₂O₃) word met 4,0 g koolstofmonoksied (CO) gereduseer volgens:
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
(a) Identifiseer die beperkende reagens.
(b) Bereken die teoretiese opbrengs van Fe.
(c) As slegs 4,8 g Fe verkry word, wat is die persentasie-opbrengs?
[M(Fe₂O₃) = 160, M(CO) = 28, M(Fe) = 56]
Vraag 5
'n 500 mL maatkolf bevat 0,200 mol·L⁻¹ H₂SO₄.
(a) Hoeveel mol H₂SO₄ is teenwoordig?
(b) Watter massa H₂SO₄ is teenwoordig?
(c) Hierdie oplossing word gebruik om 20,0 mL NaOH-oplossing te titreer. Dit neem 16,0 mL H₂SO₄ om die ekwivalensiepunt te bereik. Bepaal die konsentrasie van NaOH.
[H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O; M(H₂SO₄) = 98]
Vraag 6
'n Leerder titreer 25,0 mL-monsters NaOH-oplossing teen 0,100 mol·L⁻¹ HCl. Die buretlesings wat aangeteken is, is:
GrowweTitrasie 1Titrasie 2Titrasie 3
Finale lesing (mL)24,6023,4523,4023,42
Aanvanklike lesing (mL)0,000,000,000,00
Volume HCl gebruik (mL)24,6023,4523,4023,42
(a) Ooreenstemmende titrasies is lesings wat binne 0,10 mL van mekaar ooreenstem. Watter titrasie(s) moet van die gemiddelde uitgesluit word, en waarom?
(b) Bereken die gemiddelde volume HCl gebruik, deur slegs die ooreenstemmende titrasies te gebruik.
(c) Bereken n(HCl) gebruik, en gebruik dan die vergelyking NaOH + HCl → NaCl + H₂O om n(NaOH) te bereken.
(d) Bereken die konsentrasie van die NaOH-oplossing.