Hur man beräknar procentuell avkastning i kemi

I kemi, den teoretiskt utbyte representerar den maximala kvantiteten produkt som kan erhållas från en kemisk reaktion. I verkligheten når de flesta reaktionerna inte en perfekt grad av effektivitet. När fältförsök utförs är mängden produkt som erhålles från en given kemisk reaktion ofta oundvikligen lägre än den som indikeras av det teoretiska utbytet. I det här fallet talar vi om verkliga utbytet. För att uttrycka effektiviteten hos en kemisk reaktion, procentuellt utbyte med följande formel: procentuellt utbyte = (effektivt utbyte / teoretiskt utbyte) x 100. En procentandel av 90% utbyte indikerar att reaktionen i fråga var effektiv till 90% och att det fanns en 10% materialspill (som kan representeras av det reagens som inte har varit inblandad i reaktionen eller från slutprodukten som inte har återhämtats).

Del 1

Leta upp det begränsande reagenset

Börja med en balanserad kemisk ekvation. En kemisk ekvation beskriver de reagenser som är inblandade i en reaktion (placerad i den vänstra delen) som ger form till vissa produkter (listade i rätt medlem). I skolmiljön ger vissa kemiproblem redan en balanserad startekvation, medan andra behöver identifiera den på egen hand. Eftersom, under en reaktion, atomer varken skapas eller förstörs, bör varje element i ekvationen ha samma antal atomer i både vänster och höger medlem.

Exempelvis ger syre och glukos, vilket ger upphov till koldioxid och syre. Här är ekvationen som beskriver reaktionen: ${ displaystyle 6O_ {2} + C_ {6} H_ {12} O_ {6}}$ → ${ displaystyle 6CO_ {2} + 6H_ {2} O}$
. Varje medlem i ekvationen har exakt samma antal atomer för varje element: 6 kolatomer (C), 12 atomer av väte (H) och 18 atomer av syre. Så ekvationen är balanserad.
Kontakta den här guiden om du uppmanas att balansera en kemisk ekvation och du har tvivel eller inte vet hur man gör det.

Beräkna molmassan för varje reagens som finns i ekvationen. Den identifierar den molära massan av varje atom av föreningen som undersöks, och lägger därefter till data för erhållande av den totala molmassan. Utför denna operation för en enda molekyl av varje element närvarande i föreningen.

Exempelvis kan en syremolekyl (

{ displaystyle O_ {2}}

) består av två atomer.

Molmassan av syre är ca 16 g / mol (du kan hitta ett mycket mer exakt värde genom att konsultera det periodiska tabellen över elementen).

2 syreatomer x 16 g / mol = 32 g / mol

{ displaystyle O_ {2}}

Det andra reagenset som är involverat är glukos (

{ displaystyle C_ {6} H_ {12} O_ {6}}

), som har en molär massa av (6 kolatomer x 12 g / mol) + (12 väteatomer x 1 g / mol) + (6 syreatomer x 16 g / mol) = 180 g / mol.

Konvertera massan av varje reagens som är inblandad i den kemiska reaktionen från gram till mol. Vid denna tidpunkt kan du fokusera på det specifika problem du behöver studera. Notera mängden, uttryckt i gram, av varje reagens i ekvationen. Del det värde som erhölls för den molära massan av föreningen för erhållande av motsvarande mängd uttryckt i mol.

Till exempel förutser vi att det ursprungliga reagenset består av 40 g syre och 25 g glukos.

40 g av

{ displaystyle O_ {2}}

/ (32 g / mol) = 1,25 mol syre.

25 g av

{ displaystyle C_ {6} H_ {12} O_ {6}}

/ (180 g / mol) = 0,139 mol glukos.

Beräknar förhållandet mellan de reagenser som är involverade i reaktionen. Kom ihåg att molen är en mycket stor måttenhet, som i kemi används för att ange mängden av en given substans. Vid denna tidpunkt vet vi exakt hur många molekyler av varje reaktant som består av utgångsmaterialet i vår reaktion. Det identifierar förhållandet mellan reaktionsreagensmolekylerna som delar mängden uttryckt i mol av den första med samma värde för den andra.

I vårt exempel har vi 1,25 mol syre och 0,139 mol glukos. Förhållandet mellan syre- och glukosmolekyler är därför lika med 1,25 / 0,139 = 9. Detta innebär att den initiala föreningen uppvisar ett förhållande av 9: 1 mellan syre och glukos, dvs har 9 molekyler av syre för varje molekyl av glukos.

Beräknar det ideala molekylära förhållandet för den reaktion som undersöks. Titta på den balanserade kemiska ekvationen som du skrev i de föregående stegen. Dessa data visar det ideala molekylära förhållandet. Med användning av andelen reagenser som anges i utgångsekvationen konsumeras båda mängderna av elementen samtidigt.

Den vänstra delen av utgångsekvationen är

{ displaystyle 6O_ {2} + C_ {6} H_ {12} O_ {6}}

. Koefficienterna för varje term anger att det finns 6 molekyler syre och 1 glukos. Så vi drar ut att reaktionens ideala molekylära förhållande är lika med 6 molekyler syre / 1 glukosmolekyl = 6.

Var noga med att lista reagenserna i samma ordning som du använde för att beräkna föregående molekylära förhållande. I vårt exempel har vi som ett första steg beräknat andelen mellan syre och glukos, så nu måste vi göra detsamma. Genom att vända reagenserna i en av de två beräkningarna skulle vi få ett felaktigt resultat i nästa steg.

Jämför de två molekylförhållandena som beräknades i föregående steg för att identifiera vad som kallas "begränsande reagens" (eller "begränsande faktor"). Normalt är en av de involverade reagenserna i en irreversibel kemisk reaktion uttömd före de andra. Detta representerar det begränsande reagenset från vilket varaktigheten av hela reaktionen också kan erhållas. Jämför de två tidigare beräknade molekylförhållandena för att identifiera det begränsande reagenset:

Om det verkliga molekylära förhållandet är mer stor av det ideala molekylära förhållandet, betyder att det reagens som är närvarande i täljaren av fraktionen överstiger den nödvändiga mängden. Reagenset i nämnaren av fraktionen representerar därför begränsningsfaktorn.

Om det verkliga molekylära förhållandet är mer liten av det ideala molekylära förhållandet, betyder att mängden av det reagens som är närvarande i torkaren av fraktionen är mindre än nödvändigt, därför representerar den reaktionsbegränsningsfaktorn.

I vårt exempel är det faktiska molekylära förhållandet mellan syre och glukos (9) större än det idealiska (6). Vi kan därför ange att reagenset placerat i nämnaren av fraktionen glukos är reaktionsbegränsningsfaktorn.

Del 2

Beräkna den teoretiska returen

Identifiera önskad produkt. Den rätta delen av den kemiska ekvationen som granskas visar listan över produkter som härrör från reaktionen. Varje produkt har sitt eget teoretiska utbyte, vilket representerar den mängd material som förväntas erhållas från reaktionen i händelse av att den senare är perfekt effektiv.

Fortsatt med det exempel som visas i föregående avsnitt i artikeln analyserar vi reaktionen ${ displaystyle 6O_ {2} + C_ {6} H_ {12} O_ {6}}$ → ${ displaystyle 6CO_ {2} + 6H_ {2} O}$ . Den högra sidan av ekvationen visar att reaktionen alstrar två produkter: koldioxid och vatten. Beräkna utbytet av koldioxid: ${ displaystyle CO_ {2}}$ .

Notera antalet mol i det begränsande reagenset. Det teoretiska utbytet av en kemisk reaktion representerar den mängd produkt som skulle genereras under perfekta förhållanden. För att beräkna detta värde börjar vi notera mängden av begränsande reagens uttryckt i mol (processen som ska följas beskrivs i föregående avsnitt i artikeln).

I den kemiska ekvationen som tagits som ett exempel har vi funnit att det begränsande reagenset är glukos. Vidare har vi beräknat den ursprungliga mängden, vilket är lika med 0,139 mol.

Identifiera den andel som finns mellan produkt- och reagensmolekylerna. För att göra detta, överväga den initiala balanserade ekvationen. Dela antalet molekyler av den önskade produkten med antalet molekyler av det begränsande reagenset.

Den balanserade kemiska ekvationen är

{ displaystyle 6O_ {2} + C_ {6} H_ {12} O_ {6}}

→

{ displaystyle 6CO_ {2} + 6H_ {2} O}

. De är närvarande 6 produktmolekyler, koldioxid (

{ displaystyle CO_ {2}}

) e 1 begränsande reagensmolekyl, glukos (

{ displaystyle C_ {6} H_ {12} O_ {6}}

Det existerande förhållandet mellan koldioxid och glukos är därför lika med 6/1 = 6. Med andra ord kan reaktionen under övervägande producera 6 molekyler av koldioxid med användning av en enda molekyl av glukos.

Multiplicera det nyligen beräknade förhållandet för mängden av begränsande reagens uttryckt i mol. Det erhållna resultatet är det teoretiska produktutbytet uttryckt i mol.

Mängden initiala glukos är lika med 0,139 mol och förhållandet mellan de molekyler av koldioxid och glukos är lika med 6. Vi kan därför säga att det teoretiska utbytet av koldioxid i reaktionen under övervägande kommer att vara lika med (0,139 mol glukos) x (6 mol koldioxid / 1 mol glukos) = 0,834 mol koldioxid.

Konvertera resultatet erhållet i gram. För att göra detta, multiplicera mängden produkt uttryckt i mol för värdet av molmassan av föreningen. På så sätt får du det teoretiska utbytet av den studerade reaktionen uttryckt i gram. Detta är den mest användbara mätenhet som ska användas i de flesta experiment.

Till exempel är molmassan av koldioxid, CO₂, är lika med ca 44 g / mol (kol molmassa är ca 12 g / mol, medan den för syret är ca 16 g / mol, då det totala är lika med 12 + 16 + 16 = 44) .

Multiplicera 0,834 mol CO₂ för 44 g / mol (molmassan av CO₂) erhållande ca 36,7 g. Vid denna tidpunkt kan vi konstatera att det teoretiska utbytet av det studerade experimentet är lika med 36,7 g koldioxid (CO₂).

Del 3

Beräkna procentuell avkastning

Förstå betydelsen av procentuellt utbyte. Det teoretiska utbytet av en kemisk reaktion representerar den mängd produkt som skulle erhållas under perfekta förhållanden. I verkligheten uppstår detta resultat aldrig på grund av föroreningar och andra oförutsägbara betingelser som förhindrar att en del av reagenset omvandlas fullständigt till den önskade produkten. Det är därför som kemister använder 3 olika begrepp för att referera till utbytet av en kemisk reaktion:

Det teoretiska utbytet är den maximala kvantiteten produkt som kan erhållas från en kemisk reaktion.
Det faktiska utbytet är å andra sidan den faktiska kvantiteten produkt som erhålles genom att mäta materialet som erhållits vid reaktionens slut.
Procentavkastningen är lika med ${ displaystyle { frac {ReiseEffective} {ResaTeorica}} * 100 %}$ . Exempelvis anger ett procentuellt utbyte av 50% att vid slutet av den observerade kemiska reaktionen erhölls 50% av produkten som indikeras med det teoretiska utbytet.

Notera det faktiska utbytet av det aktuella experimentet. Om du själv har gjort experimentet, ta den produkt som erhållits i slutet av reaktionen, rena om det behövs och väg det med en precisionsskala så att du kan beräkna massan. Om du arbetar med ett teoretiskt problem som tilldelats dig, till exempel som en uppgift av din kemiprofessor, borde det faktiska avkastningen vara information som redan är känd.

I vårt fall förutser vi att det effektiva utbytet av reaktionen är 29 g CO₂.

Dela upp det faktiska utbytet för den teoretiska. Se till att du använder samma måttenhet för att uttrycka båda värdena (vanligtvis används gram). Resultatet ska vara mindre än enheten.

I vårt exempel är det faktiska utbytet lika med 29 g, medan det teoretiska utbytet är lika med 36,7 g. Genom att utföra den angivna beräkningen erhåller vi:

{ displaystyle { frac {29g} {36.7g}} = 0.79}

Multiplicera resultatet erhållet med 100 för att konvertera det till en procentuell form. Det slutliga svaret representerar det procentuella utbytet av reaktionen.

0,79 x 100 = 79%, så vi kan säga att experimentet som studerades hade ett procentuellt utbyte på 79%. Med andra ord uppnåddes 79% av den maximala mängden koldioxid (CO₂) som kan produceras av reaktionen i fråga.

tips

Vissa kemielever förvirrar procentuellt utbyte (mängden produkt som faktiskt kan erhållas från testkemisk reaktion baserat på mängden initialreagens) med Procentandelen fel (avvikelsen mellan de erhållna resultaten experimentellt och de som förväntas). Den korrekta formeln för beräkning av det procentuella utbytet av en reaktion är ${ displaystyle { frac {Resaeffective} {Resoreorica}} x100}$ . Om, i stället för att dela dem, subtraheras värdena för de två utbytena, procentprocentfelet uppnås.
Om du får mycket olika resultat, kolla mätenheterna. Om det faktiska avkastningen skiljer sig från den teoretiska en av en storleksordning eller mer betyder det att du med stor sannolikhet använt de felaktiga enheterna i ett av beräkningsstegen. Upprepa processen genom noggrann kontroll av mätenheterna i varje steg.
Om det erhållna procentuella utbytet är större än 100% (och du är säker på att beräkningarna är korrekta) betyder det att den erhållna produkten har förorenats av andra ämnen. Det renar den erhållna produkten (t ex torkar den eller filtrerar den), väger den igen.

Dela på sociala nätverk:

Relaterade