Chemistry  I  Notes  Unit  7:  Stoichiometry  Notes  

 Stoichiometry    Relating  Mass  to  Numbers  of  Atoms    The  Mole    The  mole  is  the  SI  unit  for  amount  of  substance.    A  mole  (abbreviated  mol)  is  the  amount  of  a  substance  that  contains  as  many  particles  as  there  are  atoms  in  exactly  12  g  of  carbon-­‐12.    Avogadro’s  Number    Avogadro’s  number—6.02  ×  1023—is  the  number  of  particles  in  exactly  one  mole  of  a  pure  substance.  

 

   

 Gram/Mole  Conversions    Chemists  use  molar  mass  as  a  conversion  factor  in  chemical  calculations.    For  example,  the  molar  mass  of  helium  is  4.00  g  He/mol  He.    To  find  how  many  grams  of  helium  there  are  in  two  moles  of  helium,  multiply  by  the  molar  mass.    

2.00  mol  He  ×  !.!!  !  !"!  !"#  !"

 =  8.00  g  He    

     

   

 A  chemical  formula  indicates:  

1)  the  elements  in  a  compound  2)  the  number  of  atoms  of  an  element    

 Chemical  formulas  also  allow  chemists  to  calculate  a  number  of  other  values  for  a  compound:    Formula  mass  Molar  mass  Percentage  Composition  Empirical  Formulas            

Formula  Mass    The  formula  mass  is  the  sum  of  the  average  atomic  masses  of  all  the  elements  as  shown  in  the  chemical  formula.    The  formula  mass  is  measured  in  atomic  mass  units  (amu).      

 

 Image  Source:  http://www.digipac.ca/chemical/molemass/images/Table5.gif    Molar  Mass    The  mass  of  one  mole  of  a  pure  substance  is  called  the  molar  mass  of  that  substance.    Molar  mass  is  usually  written  in  units  of  g/mol.    The  molar  mass  of  an  element  is  numerically  equal  to  the  formula  mass  of  the  element  in  atomic  mass  units  and  they  are  calculated  the  same  way  (only  the  units  differ).  

 

 Image  Source:  http://www.amazingrust.com/Experiments/background_knowledge/Images/molar_weight_water.gif    Molar  Mass  as  a  Conversion  Factor    The  molar  mass  is  used  as  a  conversion  factor  to  relate  an  amount  in  moles  to  a  mass  in  grams.    To  convert  moles  to  grams,  multiply  the  amount  in  moles  by  the  molar  mass:    

Amount  in  moles  ×  molar  mass  (g/mol)  =  mass  in  grams    To  convert  grams  to  moles,  divide  by  the  molar  mass:    

 

 Image  Source:  http://opentextbc.ca/introductorychemistry/wp-­‐content/uploads/sites/17/2014/07/Screen-­‐Shot-­‐2014-­‐07-­‐21-­‐at-­‐5.16.11-­‐PM.png    

Composition  stoichiometry  deals  with  the  mass  relationships  of  elements  in  compounds.    – Percentage  composition  – Empirical  formulas  

 Percentage  Composition—the percentage makeup of a compound. To  calculate  the  percent  composition  of  a  component  in  a  compound:  

1. Find  the  molar  mass  of  the  compound  by  adding  up  the  masses  of  each  atom  in  the  compound  using  the  periodic  table.    

2. Calculate  the  mass  due  to  the  component  in  the  compound  you  are  for  which  you  are  solving  by  adding  up  the  masses  of  these  atoms.    

3. Divide  the  mass  due  to  the  component  by  the  total  molar  mass  of  the  compound  and  multiply  by  100.  

Percentage Composition = !"##  !"  !"!#!$%

!"!#$  !"##  !"  !!!  !"#$"%&'    ×100

Empirical  Formulas    Empirical  Formula—the  lowest  whole  number  ratio  of  elements  in  a  compound.    To  calculate  empirical  formulas:  

1. Convert  from  grams  to  moles  for  each  element  in  the  compound.    If  percentages  are  given,  assume  100  g  sample  and  the  percentages  are  the  amounts  in  grams.  

2. Divide  each  number  of  moles  by  the  smallest  number  of  moles.  3. Write  empirical  formula.  

 Example  #1  

 Image  Source:  https://www.chem.tamu.edu/class/majors/tutorialnotefiles/emp1c.gif              

Empirical  Formula  =  CaO2H2  or  Ca(OH)2  

Example  #2  

 Image  Source:  https://www.chem.tamu.edu/class/majors/tutorialnotefiles/emp2d.gif    Reaction  stoichiometry  involves  the  mass  relationships  between  reactants  and  products  in  a  chemical  reaction.    Reaction  stoichiometry  is  always  based  on  a  balanced  chemical  equation.    Mole  Ratios    A  mole  ratio  is  a  conversion  factor  that  relates  the  amounts  in  moles  of  any  two  substances  involved  in  a  chemical  reaction  

 Example:        2Al2O3(l)  →  4Al(s)  +  3O2(g)  

      Mole  Ratios:        

2  mol  Al2O3  4  mol  Al    

     2  mol  Al2O3  3  mol  O2  

 4  mol  Al    3  mol  O2  

                       

Empirical  Formula  =  C14H18N2O5  

4  Types  of  Reaction  Stoichiometry  Problems    

   

 

Molar  Volume    Molar  Volume—is  the  volume  of  1  mol  of  any  gas.    1  mol  of  any  gas  =  22.4  L    Limiting  Reactants    The  limiting  reactant  is  the  reactant  that  limits  the  amount  of  product  that  can  form  in  a  chemical  reaction.      The  excess  reactant  is  the  substance  that  is  not  used  up  completely  in  a  reaction.    Percentage  Yield    The  theoretical  yield  is  the  maximum  amount  of  product  that  can  be  produced  (from  a  calculation).    The  actual  yield  of  a  product  is  the  measured  amount  of  that  product  obtained  (from  experiment).    The  percentage  yield—ratio  of  actual  yield  to  theoretical  yield,  multiplied  by  100.    

𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑔𝑒  𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 =  𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙  𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑

𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑐𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙  𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑  ×  100