Før der udføres kemiske reaktioner, er det nyttigt at vide, hvor meget produkt der vil blive produceret med givne mængder reaktanter. Dette er kendt som teoretisk udbytte. Dette er en strategi, der skal bruges, når man beregner det teoretiske udbytte af en kemisk reaktion. Den samme strategi kan anvendes til at bestemme størrelsen af hver reagens behov for at fremstille en ønsket mængde produkt.
Teoretisk afkastprøveberegning
10 gram brintgas brændes i nærvær af overskydende iltgas til at producere vand. Hvor meget vand produceres?
Reaktionen hvor brintgas kombineres med iltgas til at producere vand er:
H2(g) + O2(g) → H2O (l)
Trin 1: Sørg for, at din kemiske ligninger er afbalancerede ligninger.
Ligningen ovenfor er ikke afbalanceret. Efter balancering, ligningen bliver:
2 H2(g) + O2(g) → 2H2O (l)
Trin 2: Bestem molforholdene mellem reaktanterne og produktet.
Denne værdi er broen mellem reaktanten og produktet.
Det molforhold er det støkiometriske forhold mellem mængden af en forbindelse og mængden af en anden forbindelse i en reaktion. Til denne reaktion frembringes to mol vand for hver to mol anvendt brintgas. Molforholdet mellem H
2 og H2O er 1 mol H2/ 1 mol H2O.Trin 3: Beregn det teoretiske udbytte af reaktionen.
Der er nu tilstrækkelig information til at bestemme teoretisk udbytte. Brug strategien:
- Brug molær reaktantmasse til at omdanne gram reaktant til mol reaktant
- Brug molforholdet mellem reaktant og produkt til at omdanne molreaktant til molprodukt
- Brug Molar masse af produktet til konverter molprodukt til gram af produktet.
I ligningsform:
gram produkt = gram reaktant x (1 mol reaktant / mol masse reaktant) x (molforhold produkt / reaktant) x (mol masse produkt / 1 mol produkt)
Det teoretiske udbytte af vores reaktion beregnes ved hjælp af:
- molmasse af H2 gas = 2 gram
- molmasse af H2O = 18 gram
gram H2O = gram H2 x (1 mol H2/ 2 gram H2) x (1 mol H)2O / 1 mol H2) x (18 gram H2O / 1 mol H2O)
Vi havde 10 gram H2 gas, så:
gram H2O = 10 g H2 x (1 mol H2/ 2 g H2) x (1 mol H)2O / 1 mol H2X x 18 g H2O / 1 mol H2O)
Alle enheder undtagen gram H2O annullere og forlader:
gram H2O = (10 x 1/2 x 1 x 18) gram H2O
gram H2O = 90 gram H2O
Ti gram brintgas med overskydende ilt producerer teoretisk 90 gram vand.
Beregn reaktant, der er nødvendigt for at foretage en bestemt mængde produkt
Denne strategi kan ændres lidt til beregning mængden af reaktanter behov for at fremstille en bestemt mængde produkt. Lad os ændre vores eksempel lidt: Hvor mange gram brintgas og iltgas er nødvendigt for at producere 90 gram vand?
Vi kender den nødvendige mængde brint ved det første eksempel, men for at udføre beregningen:
gram reaktant = gram produkt x (1 mol produkt / molært masseprodukt) x (molforhold reaktant / produkt) x (gram reaktant / molmasse reaktant)
For brintgas:
gram H2 = 90 gram H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol H)2/ 1 mol H2O) x (2 g H)2/ 1 mol H2)
gram H2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) gram H2 gram H2 = 10 gram H2
Dette stemmer overens med det første eksempel. For at bestemme den nødvendige mængde ilt er molforholdet mellem ilt og vand nødvendigt. Til hver muldvarp af anvendt iltgas produceres 2 mol vand. Molforholdet mellem iltgas og vand er 1 mol O2/ 2 mol H2O.
Det ligning for gram O2 bliver til:
gram O2 = 90 gram H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol O)2/ 2 mol H2O) x (32 g O2/ 1 mol H2)
gram O2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) gram O2
gram O2 = 80 gram O2
For at producere 90 gram vand er 10 gram hydrogengas og 80 gram iltgas nødvendigt.
Teoretiske udbytteberegninger er ligetil, så længe du har afbalancerede ligninger for at finde de molforhold, der er nødvendige for at bygge bro mellem reaktanter og produkt.
Teoretisk afkast hurtig gennemgang
- Balance dine ligninger.
- Find molforholdet mellem reaktanten og produktet.
- Beregn ved hjælp af følgende strategi: Konverter gram til mol, brug molforholdet til at bygge bro over produkter og reaktanter, og konverter derefter mol tilbage til gram. Med andre ord: Arbejd med mol, og konverter dem derefter til gram. Arbejd ikke med gram og antag, at du får det rigtige svar.
For flere eksempler, undersøge teoretisk udbytte arbejdet problem og kemiske reaktionseksempler på vandig opløsning.
Kilder
- Petrucci, R.H., Harwood, W.S. og Herring, F.G. (2002) Generel kemi, 8. udgave. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
- Vogel, A. JEG.; Tatchell, A. R.; Furnis, B. S.; Hannaford, A. J.; Smith, P. W. G. (1996) Vogels lærebog om praktisk organisk kemi (5. udgave). Pearson. ISBN 978-0582462366.
- Whitten, K.W., Gailey, K.D. og Davis, R.E. (1992) Generel kemi, 4. udgave. Saunders College Publishing. ISBN 0030723736.