آموزش استوکیومتری شیمی یازدهم + تحلیل تست‌ کنکور 1403

استوکیومتری (Stoichiometry) یکی از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین مباحث شیمی دبیرستان است که پایه‌ای برای درک بسیاری از مفاهیم پیشرفته‌تر محسوب می‌شود. این مبحث به بررسی روابط کمی بین مواد در واکنش‌های شیمیایی می‌پردازد. در این مقاله، استوکیومتری را به زبان ساده و با ذکر یک مثال کاملاً تشریحی آموزش می‌دهیم.

استوکیومتری چیست؟

استوکیومتری در شیمی یعنی اینکه ما حساب کنیم چقدر از یک ماده با چقدر از ماده دیگر واکنش می‌دهد یا تولید می‌شود هیمنطور در جدول تناوبی کاربرد مستقیم دارد. دقیقاً مثل این است که وقتی برای پخت کیک دارید آرد، شکر و تخم مرغ را اندازه می‌زنید که همه چیز به درستی ترکیب بشود.
فرض کنید می‌خواهید یک ساندویچ ساده درست کنید. برای هر ساندویچ، به ۲ تا نان و ۱ پنیر نیاز دارید. اگر ۶ تا نان داشته باشید و 3 تا پنیر ، چند ساندویچ می‌توانید درست کنید؟

• رابطه:
  هر ساندویچ = ۲ نان + ۱ پنیر
  پس اگر ۶ نان دارید، می‌توانید ۳ ساندویچ بسازید (چون هر ساندویچ ۲ نان لازم دارد و ۱ پنیر).

استوکیومتری شاخه‌ای از شیمی است که مقدار مواد واکنش‌دهنده و محصول را در یک واکنش شیمیایی محاسبه می‌کند. این محاسبات بر اساس:

• قانون بقای جرم (ماده نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود)

• ضرایب موازنه‌شده در معادله‌های شیمیایی انجام می‌شود.

در شیمی:

حالا همین موضوع را در واکنش‌های شیمیایی در نظر بگیرید. فرض کنید واکنش زیر را داریم:

۲H۲+O۲→۲H۲O

این معادله می‌گوید:
برای تولید ۲ مولکول آب (H۲O) ، به ۲ مولکول هیدروژن (H۲) و ۱ مولکول اکسیژن (O۲) نیاز داریم.

• اگر ما ۴ مولکول هیدروژن داشته باشیم، چند مولکول آب می‌توانیم بسازیم؟
  با توجه به معادله، برای هر ۲ مولکول هیدروژن ، ۱ مولکول آب تولید می‌شود.
  پس با ۴ مولکول هیدروژن ، می‌توانیم ۲ مولکول آب بسازیم.

محاسبات استوکیومتری پایه قانون هس  را تشکیل می‌دهد.

 مراحل حل مسئله استوکیومتری

برای حل هر مسئله استوکیومتری، این مراحل را دنبال کنید:
۱. معادله شیمیایی را بنویسید و موازنه کنید.
۲. مقادیر معلوم را به مول تبدیل کنید.
۳. با استفاده از ضرایب موازنه‌شده، نسبت مولی مواد را پیدا کنید.
۴. مول را به واحد مورد نظر (گرم، لیتر در شرایط STP و…) تبدیل کنید.

مثال کاربردی از استوکیومتری (با حل گام‌به‌گام)

مسئله:
واکنش سوختن پروپان (C۳H۸​) با اکسیژن را در نظر بگیرید. اگر ۴۴ گرم پروپان بسوزد، چند گرم آب (H۲​O) تولید می‌شود؟
(داده‌ها: $C=\mathrm{۱۲}$،$H=\mathrm{۱}$،$O=\mathrm{۱۶}$ گرم بر مول)

گام ۱: نوشتن و موازنه معادله شیمیایی معادله سوختن پروپان:

C۳H۸ + O۲ → CO۲ + H۲O

گام ۲: موازنه معادله شیمیایی

معادله سوختن کامل پروپان:

معادله موازنه شده:

(نکته: برای موازنه، ابتدا کربن‌ها را برابر کنید (۳CO۲ )، سپس هیدروژن‌ها (۴H۲ O) و در نهایت اکسیژن‌ها را تنظیم کنید)

گام ۳: محاسبه جرم مولی

• پروپان (C۳H۸):

  • کربن: ۳ × ۱۲ = ۳۶ g/mol

  • هیدروژن: ۸ × ۱ = ۸ g/mol

  • جمع: ۴۴ g/mol

• آب (H۲O):

  • هیدروژن: ۲ × ۱ = ۲ g/mol

  • اکسیژن: ۱ × ۱۶ = ۱۶ g/mol

  • جمع: ۱۸ g/mol

گام ۴: تبدیل جرم به مول

مول پروپان = جرم

جرم مولی =۴۴g/mol

۴۴gl = ۱ mol

گام ۵: تعیین نسبت مولی

از معادله موازنه شده:

گام ۶: محاسبه جرم آب تولیدی

جرم آب = مول × جرم مولی = ۴ × ۱۸ = ۷۲ g

پاسخ نهایی:

 با سوختن ۴۴ گرم پروپان، ۷۲ گرم آب تولید می‌شود.