background image

10/31/2012 

Mass Relationships in 

Chemical Reactions 

Chapter 3 

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc.  Permission required for reproduction or display.

 

By definition: 

 1 atom 

12

C “weighs” 12 amu 

On this scale 

1

H = 1.008 amu 

 

16

O = 16.00 amu 

Atomic mass is the mass of an atom in 
atomic mass units (amu) 

Micro World 

atoms & molecules 

Macro World 

grams 

3.1 

Natural lithium is: 

7.42% 

6

Li (6.015 amu) 

92.58% 

7

Li (7.016 amu) 

7.42 x 6.015 + 92.58 x 7.016 

100 

= 6.941 amu 

3.1 

Average atomic mass of lithium: 

Average atomic mass (6.941) 

The mole (mol) is the amount of a substance that  

contains as many elementary entities as there  

are atoms in exactly 12.00 grams of 

12

 

3.2 

1 mol = N

A

 = 6.0221367 x 10

23

 

Avogadro’s number (N

A

)  

Molar mass is the mass of 1 mole of                in grams 

eggs 

shoes 

marbles 

atoms 

1 mole 

12

C atoms = 6.022 x 10

23

 atoms = 12.00 g 

12

C atom = 12.00 amu 

1 mole 

12

C atoms = 12.00 g 

12

1 mole lithium atoms = 6.941 g of Li 

For any element 

 atomic mass (amu) = molar mass (grams) 

3.2 


background image

10/31/2012 

One Mole of: 

Cu 

Fe 

Hg 

3.2 

1 amu = 1.66 x 10

-24 

g  or 1 g = 6.022 x 10

23

 amu 

12

C atom 

12.00 amu 

12.00 g 

6.022 x 10

23

 

12

C atoms 

1.66 x 10

-24

 g 

1 amu 

3.2 

M = molar mass in g/mol 

N

A

 

= Avogadro’s number 

6.022 x 10

23

 atoms K 

1 mol K 

Do You Understand Molar Mass? 

How many atoms are in 0.551 g of potassium (K) ? 

1 mol K = 39.10 g K  

1 mol K = 6.022 x 10

23

 atoms K 

0.551 g K 

1 mol K 

39.10 g K 

8.49 x 10

21

 atoms K 

3.2 

Molecular mass (or molecular weight) is the sum of 
the atomic masses (in amu) in a molecule. 

SO

2

 

1S 

32.07 amu 

2O 

+ 2 x 16.00 amu  

SO

2

 

64.07 amu 

For any molecule 

 molecular mass (amu) = molar mass (grams) 

1 molecule SO

2

 = 64.07 amu 

1 mole SO

2

 = 64.07 g SO

2

  

3.3 

Do You Understand Molecular Mass? 

How many H atoms are in 72.5 g of C

3

H

8

O ? 

1 mol C

3

H

8

O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C

3

H

8

1 mol H = 6.022 x 10

23

 atoms H 

5.82 x 10

24

 atoms H 

3.3 

1 mol C

3

H

8

O molecules = 8 mol H atoms 

72.5 g C

3

H

8

1 mol C

3

H

8

60 g C

3

H

8

8 mol H atoms 

1 mol C

3

H

8

6.022 x 10

23

 H atoms 

1 mol H atoms 

Formula mass is the sum of the atomic masses  
(in amu) in a formula unit of an ionic compound. 

1Na 

22.99 amu 

1Cl 

+  35.45 amu 

NaCl 

58.44 amu 

For any ionic compound 

 formula mass (amu) = molar mass (grams) 

1 formula unit NaCl = 58.44 amu 

1 mole NaCl = 58.44 g NaCl  

3.3 

NaCl 


background image

10/31/2012 

Do You Understand Formula Mass? 

What is the formula mass of Ca

3

(PO

4

)

2

 ? 

3.3 

1 formula unit of Ca

3

(PO

4

)

2

 

3 Ca 

3 x 40.08 

2 P 

2 x 30.97 

8 O 

+   8 x 16.00 

310.18 amu 

KE = 1/2 x m x v

v = (2 x KE/m)

1/2 

F = q x v x B 

3.4 

Lig

ht

 

Lig

ht

 

Hea

v

y

 

Hea

v

y

 

Percent composition of an element in a compound = 

n

 x molar mass of element 

molar mass of compound 

x 100% 

n

 is the number of moles of the element in 

1 mole

 

of the compound 

C

2

H

6

%C = 

2

 x (12.01 g) 

46.07 g 

x 100% = 52.14% 

%H = 

6

 x (1.008 g) 

46.07 g 

x 100% = 13.13% 

%O = 

1

 x (16.00 g) 

46.07 g 

x 100% = 34.73% 

52.14% + 13.13% + 34.73% = 100.0% 

3.5 

3.5 

Percent Composition and Empirical Formulas 

Determine the empirical formula of a 
compound that has the following 
percent composition by mass:          
K 24.75, Mn 34.77, O 40.51 percent. 

n

K

 = 24.75 g K x  

= 0.6330 mol K 

1 mol K 

39.10 g K 

n

Mn

 = 34.77 g Mn x  

= 0.6329 mol Mn 

1 mol Mn 

54.94 g Mn 

n

O

 = 40.51 g O x  

= 2.532 mol O 

1 mol O 

16.00 g O 

3.5 

Percent Composition and Empirical Formulas 

K :  

~ 1.0 

0.6330 
0.6329 

Mn :  

0.6329 
0.6329 

= 1.0 

O :  

~ 4.0 

2.532 

0.6329 

n

K

 = 0.6330, n

Mn

 = 0.6329, n

O

 = 2.532 

KMnO

4

 

3.6 

g CO

2

 

mol CO

2

 

mol C 

g C 

g H

2

mol H

2

mol H 

g H 

g of O = g of sample 

– (g of C + g of H) 

Combust 11.5 g ethanol 

Collect 22.0 g CO

2

 and 13.5 g H

2

6.0 g C = 0.5 mol C 

1.5 g H = 1.5 mol H 

4.0 g O = 0.25 mol O 

Empirical formula  C

0.5

H

1.5

O

0.25

 

Divide by smallest subscript (0.25) 

Empirical formula C

2

H

6


background image

10/31/2012 

3.7 

3 ways of representing the reaction of H

2

 with O

2

 to form H

2

O

  

A process in which one or more substances is changed into one 
or more new substances is a chemical reaction 

chemical equation uses chemical symbols to show what 
happens during a chemical reaction 

reactants 

products 

How to “Read” Chemical Equations 

2 Mg + O

2

          2 MgO 

2 atoms Mg + 1 molecule O

2

 makes 2 formula units MgO 

2 moles Mg + 1 mole O

2

 makes 2 moles MgO 

48.6 grams Mg + 32.0 grams O

2

 makes 80.6 g MgO 

IS NOT 

2 grams Mg + 1 gram O

2

 makes 2 g MgO 

3.7 

Balancing Chemical Equations 

1. Write the correct formula(s) for the reactants on 

the left side and the correct formula(s) for the 
product(s) on the right side of the equation.  

Ethane reacts with oxygen to form carbon dioxide and water 

C

2

H

6

 + O

2

 

CO

2

 + H

2

2. Change the numbers in front of the formulas 

(coefficients) to make the number of atoms of 
each element the same on both sides of the 
equation.  Do not change the subscripts.  

3.7 

2C

2

H

NOT 

C

4

H

12 

Balancing Chemical Equations 

3. Start by balancing those elements that appear in 

only one reactant and one product.  

C

2

H

6

 + O

2

 

CO

2

 + H

2

3.7 

start with C or H but not O 

2 carbon 

on left 

1 carbon 

on right 

multiply CO

2

 by 

C

2

H

6

 + O

2

 

2

CO

2

 + H

2

6 hydrogen 

on left 

2 hydrogen 

on right 

multiply H

2

O by 

C

2

H

6

 + O

2

 

2

CO

2

 + 

3

H

2

Balancing Chemical Equations 

4. Balance those elements that appear in two or 

more reactants or products.  

3.7 

2 oxygen 

on left 

4 oxygen 

(2x2) 

C

2

H

6

 + O

2

 

2

CO

2

 + 

3

H

2

+ 3 oxygen 

(3x1) 

multiply O

2

 by 

 


= 7 oxygen 

on right 

C

2

H

6

 +      O

2

 

2

CO

2

 + 

3

H

2


remove fraction 
multiply both sides by 

2

C

2

H

6

 + 

7

O

2

 

4

CO

2

 + 

6

H

2

Balancing Chemical Equations 

5. Check to make sure that you have the same 

number of each type of atom on both sides of the 
equation.  

3.7 

2

C

2

H

6

 + 

7

O

2

 

4

CO

2

 + 

6

H

2

Reactants 

Products 

4 C 

12 H 

14 O 

4 C 

12 H 

14 O 

4 C (

2

 x 2) 

4 C 

12 H (

2

 x 6) 

12 H (

6

 x 2) 

14 O (

7

 x 2) 

14 O (

4

 x 2 + 

6


background image

10/31/2012 

1. Write balanced chemical equation 

2. Convert quantities of known substances into moles 

3. Use coefficients in balanced equation to calculate the 

number of moles of the sought quantity 

4. Convert moles of sought quantity into desired units 

Amounts of Reactants and Products 

3.8 

Methanol burns in air according to the equation 

2CH

3

OH + 3O

2

          2CO

2

 + 4H

2

If 209 g of methanol are used up in the combustion,  
what mass of water is produced? 

grams CH

3

OH 

moles CH

3

OH 

moles H

2

grams H

2

molar mass 

CH

3

OH 

coefficients 

chemical equation 

molar mass 

H

2

209 g CH

3

OH 

1 mol CH

3

OH 

32.0 g CH

3

OH 

4 mol H

2

2 mol CH

3

OH 

18.0 g H

2

1 mol H

2

235 g H

2

3.8 

Limiting Reagents 

3.9 

2NO + 2O

2   

        2NO

2

 

NO is the limiting reagent

 

O

2

 is the excess reagent 

Do You Understand Limiting Reagents? 

In one process, 124 g of Al are reacted with 601 g of Fe

2

O

3

 

2Al + Fe

2

O

3

          Al

2

O

3

 + 2Fe 

Calculate the mass of Al

2

O

3

 formed. 

g Al 

mol Al 

mol Fe

2

O

3

 needed 

g Fe

2

O

3

 needed 

OR 

g Fe

2

O

mol Fe

2

O

mol Al needed 

g Al needed 

124 g Al 

1 mol Al 

27.0 g Al 

1 mol Fe

2

O

3

 

2 mol Al 

160. g Fe

2

O

3

 

1 mol Fe

2

O

3

 

=  367 g Fe

2

O

3

 

Start with 124 g Al 

need 367 g Fe

2

O

Have more Fe

2

O

(601 g) so Al is limiting reagent 

3.9 

Use limiting reagent (Al) to calculate amount of product that 
can be formed. 

g Al 

mol Al 

mol Al

2

O

3

  

g Al

2

O

3

 

124 g Al 

1 mol Al 

27.0 g Al 

1 mol Al

2

O

3

 

2 mol Al 

102. g Al

2

O

3

 

1 mol Al

2

O

3

 

=  234 g Al

2

O

3

 

2Al + Fe

2

O

3

          Al

2

O

3

 + 2Fe 

3.9 

Theoretical Yield is the amount of product that would 
result if all the limiting reagent reacted. 

Actual Yield is the amount of product actually obtained 
from a reaction. 

% Yield =  

Actual Yield 

Theoretical Yield 

x 100 

3.10 

Reaction Yield 


background image

10/31/2012 

Chemistry In Action: Chemical Fertilizers 

Plants need: N, P, K, Ca, S, & Mg 

3H

2

 (g) + N

2

 (g)        2NH

3

 (g

NH

3

 (aq) + HNO

3

 (aq)        NH

4

NO

3

 (aq

2Ca

5

(PO

4

)

3

F (s) + 7H

2

SO

4

 (aq

3Ca(H

2

PO

4

)

2

 (aq) + 7CaSO

4

 (aq) + 2HF (g

fluorapatite 




رفعت المحاضرة من قبل: abdalla Alhamdany
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 115 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل