Jak obliczyć teoretyczną wydajność reakcji

GIPhotoStock/Getty Images

Przed przeprowadzeniem reakcji chemicznych warto wiedzieć, ile produktu zostanie wytworzone przy danej ilości reagentów. Jest to znane jako wydajność teoretyczna . Jest to strategia stosowana przy obliczaniu teoretycznej wydajności reakcji chemicznej. Tę samą strategię można zastosować do określenia ilości każdego odczynnik potrzebne do wytworzenia pożądanej ilości produktu.

Obliczanie teoretycznej próbki wydajności

10 gramów gazowego wodoru jest spalanych w obecności nadmiaru gazowego tlenu w celu wytworzenia wody. Ile wody jest produkowane?

Reakcja gdzie wodór łączy się z gazowym tlenem w celu wytworzenia wody to:

H_dwa(g) + O_dwa(g) → H_dwaO(l)

Krok 1: Upewnij się, że równania chemiczne są równaniami zrównoważonymi.

Powyższe równanie nie jest zrównoważone. Później balansowy równanie staje się:

2 godz_dwa(g) + O_dwa(g) → 2 godz_dwaO(l)

Krok 2: Określ stosunki molowe między reagentami a produktem.

Ta wartość jest pomostem między reagentem a produktem.

The stosunek molowy jest stosunkiem stechiometrycznym pomiędzy ilością jednego związku a ilością innego związku w reakcji. W tej reakcji na każde dwa mole użytego gazowego wodoru powstają dwa mole wody. Stosunek molowy między H_dwai H_dwaO to 1 mol H_dwa/1 mol H_dwaO.

Krok 3: Oblicz teoretyczną wydajność reakcji.

Jest teraz wystarczająco dużo informacji, aby określić wydajność teoretyczna . Użyj strategii:

1. Użyj masy molowej substratu do konwersji gramów substratu na mole substratu
2. Użyj stosunku molowego między reagentem a produktem, aby przekształcić mole reagenty w mole produktu
3. Użyj masa cząsteczkowa produktu doprzelicz iloczyn moli na gramyproduktu.

W postaci równania:

gram produktu = gram substratu x (1 mol substratu/masa molowa substratu) x (stosunek molowy produktu/reagent) x (masa molowa produktu/1 mol produktu)

Wydajność teoretyczną naszej reakcji oblicza się za pomocą:

• masa molowa H_dwagaz = 2 gramy
• masa molowa H_dwaO = 18 gramów

gramów H_dwaO = gramy H_dwax (1 mol H_dwa/2 gramy H_dwa) x (1 mol H_dwaO/1 mol H_dwa) x (18 gramów H_dwaO/1 mol H_dwaO)

Mieliśmy 10 gramów H_dwagaz taki:

gramów H_dwaO = 10 g H_dwax (1 mol H_dwa/2g H_dwa) x (1 mol H_dwaO/1 mol H_dwa) x (18 g H_dwaO/1 mol H_dwaO)

Wszystkie jednostki z wyjątkiem gramów H_dwaO anuluj, pozostawiając:

gramów H_dwaO = (10 x 1/2 x 1 x 18) gramów H_dwaO

gramów H_dwaO = 90 gramów H_dwaO

Dziesięć gramów gazowego wodoru z nadmiarem tlenu teoretycznie wytworzy 90 gramów wody.

Oblicz odczynnik potrzebny do wytworzenia określonej ilości produktu

Ta strategia może być nieznacznie zmodyfikowana, aby obliczyć ilość reagentów potrzebne do wyprodukowania określonej ilości produktu. Zmieńmy nieco nasz przykład: Ile gramów gazowego wodoru i tlenu potrzeba do wyprodukowania 90 gramów wody?

Znamy ilość potrzebnego wodoru według pierwszego przykładu , ale aby wykonać obliczenia:

gramy reagenta = gramy produktu x (1 mol produktu/masa molowa produktu) x (stosunek molowy reagent/produkt) x (gramy reagenta/masa molowa reagenta)

W przypadku wodoru gazowego:

gramów H_dwa= 90 gramów H_dwaOx (1 mol H_dwaO/18 g) x (1 mol H_dwa/1 mol H_dwaO) x (2 g H_dwa/1 mol H_dwa)

gramów H_dwa= (90 x 1/18 x 1 x 2) gramy H_dwagramów H_dwa= 10 gramów H_dwa

To zgadza się z pierwszym przykładem. Aby określić potrzebną ilość tlenu, potrzebny jest stosunek molowy tlenu do wody. Do każdy kret zużytego tlenu, powstają 2 mole wody. Stosunek molowy między gazowym tlenem a wodą wynosi 1 mol O^dwa/2 mol H_dwaO.

The równanie dla gramów O_dwastaje się:

gramów O_dwa= 90 gramów H_dwaOx (1 mol H_dwaO/18 g) x (1 mol O_dwa/2 mol H_dwaO) x (32 g O_dwa/1 mol H_dwa)

gramów O_dwa= (90 x 1/18 x 1/2 x 32) gramów O_dwa

gramów O_dwa= 80 gramów O_dwa

Do wyprodukowania 90 gramów wody potrzeba 10 gramów gazowego wodoru i 80 gramów gazowego tlenu.

Obliczenia teoretyczne wydajności są proste, o ile masz zrównoważone równania, aby znaleźć stosunki molowe potrzebne do zmostkowania reagentów i produktu.

Szybki przegląd teoretycznej wydajności

• Zrównoważ swoje równania.
• Znajdź stosunek molowy między reagentem a produktem.
• Oblicz przy użyciu następującej strategii: zamień gramy na mole, użyj stosunku molowego do połączenia produktów i reagentów, a następnie zamień mole z powrotem na gramy. Innymi słowy, pracuj z kretami, a następnie zamień je na gramy. Nie pracuj z gramami i zakładaj, że otrzymasz właściwą odpowiedź.

Aby uzyskać więcej przykładów, zapoznaj się z teoretyczna wydajność przepracowana problem i przykładowe problemy z reakcją chemiczną w roztworze wodnym.

Źródła

• Petrucci, R.H., Harwood, W.S. i Śledź, F.G. (2002) Chemia ogólna , wydanie ósme. Sala Prezydencka. ISBN 0130143294.
• Vogel, A.I.; Tatchell, AR; Furnis, B.S.; Hannaford, AJ; Smith, PWG (1996) Podręcznik praktycznej chemii organicznej Vogla (wyd. 5). Osoba. ISBN 978-0582462366.
• Whitten, K.W., Gailey, K.D. i Davis, R.E. (1992) Chemia ogólna , wydanie czwarte. Wydawnictwo Saunders College. ISBN 0030723736 .