Przed przeprowadzeniem reakcji chemicznych dobrze jest wiedzieć, ile produktu będzie wytwarzane przy danych ilościach reagentów. Jest to znane jako wydajność teoretyczna. Jest to strategia do zastosowania przy obliczaniu teoretycznej wydajności reakcji chemicznej. Ta sama strategia może być zastosowana do określenia ilości każdego z nich odczynnik potrzebne do wytworzenia pożądanej ilości produktu.
Obliczanie teoretycznej wydajności próbki
10 gramów gazowego wodoru spala się w obecności nadmiaru gazowego tlenu, aby wytworzyć wodę. Ile wody jest wytwarzane?
Reakcja gdzie wodór łączy się z gazowym tlenem w celu wytworzenia wody:
H.2(g) + O2(g) → H2O (l)
Krok 1: Upewnij się, że równania chemiczne są równaniami zrównoważonymi.
Powyższe równanie nie jest zrównoważone. Po balansowyrównanie staje się:
2 godz2(g) + O2(g) → 2 godz2O (l)
Krok 2: Określ stosunki molowe między reagentami i produktem.
Ta wartość jest pomostem między reagentem a produktem.
The stosunek molowy oznacza stosunek stechiometryczny między ilością jednego związku i ilością innego związku w reakcji. W tej reakcji na każde dwa mole zastosowanego gazowego wodoru wytwarzane są dwa mole wody. Stosunek molowy między H
2 i H2O oznacza 1 mol H.2/ 1 mol H.2O.Krok 3: Oblicz teoretyczną wydajność reakcji.
Jest teraz wystarczająca ilość informacji, aby ustalić wydajność teoretyczna. Użyj strategii:
- Użyj masy molowej reagenta, aby przekształcić gramy reagenta w mole reagenta
- Użyj stosunku molowego między reagentem a produktem, aby przekształcić mole reagenta w mol produktu
- Użyj masa cząsteczkowa produktu do przelicz mole na gram produktu.
W postaci równania:
gram produktu = gram reagenta x (1 mol reagenta / masa molowa reagenta) x (stosunek molowy produktu / reagenta) x (masa molowa produktu / 1 mol produktu)
Teoretyczna wydajność naszej reakcji jest obliczana przy użyciu:
- masa molowa H2 gaz = 2 gramy
- masa molowa H2O = 18 gramów
gramów H.2O = gram H2 x (1 mol H2/ 2 gramy H.2) x (1 mol H2O / 1 mol H.2) x (18 gramów H2O / 1 mol H.2O)
Mieliśmy 10 gramów H.2 gaz, więc:
gramów H.2O = 10 g H.2 x (1 mol H2/ 2 g H.2) x (1 mol H2O / 1 mol H.2) x (18 g H2O / 1 mol H.2O)
Wszystkie jednostki oprócz gramów H2O anuluj, pozostawiając:
gramów H.2O = (10 x 1/2 x 1 x 18) gramów H2O
gramów H.2O = 90 gramów H.2O
Dziesięć gramów wodoru z nadmiarem tlenu teoretycznie wytworzy 90 gramów wody.
Oblicz odczynnik potrzebny do wytworzenia określonej ilości produktu
Strategię tę można nieznacznie zmodyfikować w celu obliczenia ilość reagentów potrzebne do wyprodukowania określonej ilości produktu. Zmieńmy nieco nasz przykład: ile gramów wodoru i tlenu jest potrzebnych do wyprodukowania 90 gramów wody?
Znamy potrzebną ilość wodoru przez pierwszy przykład, ale aby wykonać obliczenia:
gram reagenta = gram produktu x (1 mol produktu / produkt masy molowej) x (stosunek molowy reagenta / produkt) x (gram produktu reagenta / reagent masy molowej)
Dla wodoru gazowego:
gramów H.2 = 90 gramów H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol H2/ 1 mol H.2O) x (2 g H.2/ 1 mol H.2)
gramów H.2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) gramów H2 gramów H.2 = 10 gramów H2
Jest to zgodne z pierwszym przykładem. Aby określić potrzebną ilość tlenu, potrzebny jest stosunek molowy tlenu do wody. Dla każdy kret z zastosowanego tlenu gazowego powstają 2 mole wody. Stosunek molowy między gazowym tlenem a wodą wynosi 1 mol O2/ 2 mol H.2O.
The równanie dla gramów O2 staje się:
gramów O2 = 90 gramów H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol O2/ 2 mol H.2O) x (32 g O2/ 1 mol H.2)
gramów O2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) gramów O2
gramów O2 = 80 gramów O2
Do wyprodukowania 90 gramów wody potrzeba 10 gramów wodoru i 80 gramów tlenu.
Teoretyczne obliczenia wydajności są proste, o ile masz zrównoważone równania, aby znaleźć stosunki molowe potrzebne do połączenia reagentów i produktu.
Wydajność teoretyczna Szybki przegląd
- Zrównoważyć swoje równania.
- Znajdź stosunek molowy między reagentem a produktem.
- Oblicz, stosując następującą strategię: Konwertuj gramy na mole, użyj stosunku molowego do łączenia produktów i reagentów, a następnie przelicz mole z powrotem na gramy. Innymi słowy, pracuj z kretami, a następnie przekonwertuj je na gramy. Nie pracuj z gramami i zakładaj, że uzyskasz właściwą odpowiedź.
Aby uzyskać więcej przykładów, sprawdź teoretyczna wydajność działała problem i przykładowe problemy reakcji chemicznych w roztworze wodnym.
Źródła
- Petrucci, R.H., Harwood, W.S. i Herring, F.G. (2002) Chemia ogólna, Wydanie 8. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
- Vogel, A. JA.; Tatchell, A. R.; Furnis, B. S.; Hannaford, A. JOT.; Smith, P. W. SOL. (1996) Podręcznik praktycznej chemii organicznej Vogla (Wydanie 5). Osoba. ISBN 978-0582462366.
- Whitten, K.W., Gailey, K.D. i Davis, R.E. (1992) Chemia ogólna, 4. edycja. Saunders College Publishing. ISBN 0030723736.