化學計量計算器
從化學方程式計算極限反應物與理論產率
如何使用化學計量計算器
- 1輸入配平的化學方程式，以及某反應物或生成物的量。
- 2讓工具用係數給出的摩爾比求出其他物質。
- 3檢視你所求物質的摩爾數或質量。
反應中的量的平衡
B 的量 = A 的量 × (B 的係數 / A 的係數)化學計量學用配平方程式的係數作為摩爾比，預測生成多少產物或需要多少反應物。
它假設反應完全進行、無副反應，而真實實驗只是近似於此。
化學計量（Stoichiometry）建立在**配平方程式**之上：係數之比就是物質的量之比。解題的標準四步：① 配平方程式；② 把已知量（通常給質量）換算成摩爾；③ 按係數比換算成目標物質的摩爾；④ 再換算成目標量（質量、體積、濃度）。**中間必須經過摩爾這一步**，直接用質量按比例算會出錯——因為反應按粒子數而非質量進行。
**限量試劑**是實際應用中的關鍵概念：反應物通常不是恰好按係數比投料，量少的那個決定產物上限。判斷方法是比較「摩爾數 ÷ 係數」，比值最小的即限量試劑。例如 10 g H₂（5 mol）與 64 g O₂（2 mol）反應：H₂ 的比值 5÷2 = 2.5，O₂ 的 2÷1 = 2，O₂ 更小，所以 O₂ 是限量試劑，H₂ 過量。**工業生產中常讓便宜的原料過量，以提高貴重原料的轉化率。**
| 反應 | 方程式 | 摩爾比 | 示例計算 |
|---|---|---|---|
| 氫氣燃燒 | 2H₂ + O₂ → 2H₂O | H₂:O₂:H₂O = 2:1:2 | 4 g H₂ 需 32 g O₂ |
| 甲烷燃燒 | CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | 1:2:1:2 | 16 g CH₄ 生成 44 g CO₂ |
| 合成氨 | N₂ + 3H₂ → 2NH₃ | 1:3:2 | 28 g N₂ 生成 34 g NH₃ |
| 鐵鏽生成 | 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ | 4:3:2 | 224 g Fe 需 96 g O₂ |
| 中和反應 | HCl + NaOH → NaCl + H₂O | 1:1 | 36.5 g HCl 需 40 g NaOH |
| 石灰石分解 | CaCO₃ → CaO + CO₂ | 1:1:1 | 100 g CaCO₃ 生成 56 g CaO |
常見反應的化學計量關係
常見問題
為什麼方程必須配平？
質量守恆要求兩側原子相等，而係數給出摩爾比。
什麼是限制反應物？
最先耗盡的反應物，它決定了產物最多能生成多少。
這能預測實際產率嗎？
它給出理論產率；實際產率因損耗與反應不完全而較低。
理論產量和實際產量為什麼不同？
產率 = 實際產量 ÷ 理論產量 × 100%。低於 100% 的常見原因：① 反應不完全（可逆反應達到平衡）；② 副反應消耗原料；③ 分離提純過程的損失（過濾、重結晶、轉移）；④ 原料純度不足。有機合成中 60%–80% 的產率已屬正常，多步反應的總產率是各步連乘——10 步 90% 產率的合成，總產率只有 35%，**這就是為什麼藥物合成路線追求「步驟經濟性」。**
氣體反應的體積怎麼算？
標準狀況（0°C、101.325 kPa）下，1 mol 任何理想氣體佔 22.4 L；常溫常壓（25°C、101.325 kPa）下約 24.5 L。所以氣體反應的體積比等於摩爾比（阿伏伽德羅定律）。例如甲烷燃燒 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O，1 體積甲烷需 2 體積氧氣。**注意水在標況下是液態，不計入氣體體積**——這是氣體計量中最容易漏掉的一點。