Ako vypočítať percentuálny výnos v chémii?

Na vyjadrenie účinnosti reakcie môžete vypočítať percentuálny výťažok podľa tohto vzorca:%výťažok = (skutočný výťažok/teoretický výťažok) x 100.

V chémii je teoretický výťažok maximálne množstvo produktu, ktoré by chemická reakcia mohla vytvoriť na základe chemických rovníc. V skutočnosti väčšina reakcií nie je úplne účinná. Ak experiment vykonáte, skončíte s menším množstvom, skutočným výnosom. Na vyjadrenie účinnosti reakcie môžete vypočítať percentuálny výťažok podľa tohto vzorca: %výťažok = (skutočný výťažok/teoretický výťažok) x 100. Percentuálny výťažok 90% znamená, že reakcia bola 90% účinná a 10% materiálov bolo vyhodených do odpadu (nereagovali alebo sa ich produkty nezachytili).

Časť 1 z 3: nájdenie limitujúceho reakčného činidla

1
Začnite vyváženou chemickou rovnicou. Chemická rovnica opisuje reaktanty (na ľavej strane) reagujúce za vzniku produktov (na pravej strane). Niektoré problémy vám poskytnú túto rovnicu, zatiaľ čo iné vás požiadajú, aby ste si ich zapísali sami, napríklad v prípade slovnej úlohy. Pretože atómy nie sú vytvárané ani ničené počas chemickej reakcie, každý prvok by mal mať rovnaký počet atómov na ľavej aj pravej strane.
- Kyslík a glukóza môžu napríklad reagovať na oxid uhličitý a vodu: $6o_ {2}+c_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ → $6co_ {2}+6h_ {2} o$
  Každá strana má presne 6 atómov uhlíka (C), 12 atómov vodíka (H) a 18 atómov kyslíka (O). Rovnica je vyrovnaná.
- Prečítajte si túto príručku, ak sa od vás požaduje, aby ste rovnicu vyrovnali sami.
2
Vypočítajte molárnu hmotnosť každého reaktantu. Vyhľadajte molárnu hmotnosť každého atómu v zlúčenine a potom ich spojte, aby ste zistili molárnu hmotnosť tejto zlúčeniny. Vykonajte to pre jednu molekulu zlúčeniny.
- Napríklad, 1 molekulu kyslíka ( $O_ {2}$ ) obsahuje 2 atómy kyslíka.
- Molárna hmotnosť kyslíka je asi 16 g/mol. (Presnejšiu hodnotu nájdete v periodickej tabuľke.)
- 2 atómy kyslíka x 16 g/mol na atóm = 32 g/mol $O_ {2}$ .
- Druhá reakčná zložka, glukóza ( $C_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ ) má mólová hmotnosť (6 atómami C x 12 g C / mol) + (12 atómami H x 1 g H / mol) + (6 atómov O x 16 g O/mol) = 180 g/mol.
3
Prepočítajte množstvo každého reaktantu z gramov na móly. Teraz je načase pozrieť sa na konkrétny experiment, ktorý študujete. Napíšte množstvo každého reaktantu v gramoch. Rozdelením tejto hodnoty na molárnu hmotnosť tejto zlúčeniny sa číslo prevedie na moly.
- Povedzme napríklad, že ste začínali so 40 gramami kyslíka a 25 gramami glukózy.
- 40 g $O_ {2}$ / (32 g / mol) = 1,25 molu kyslíka.
- 25 g $C_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ / (180 g / mol) = asi 0,139 molu glukózy.
4
Nájdite pomer svojich reakcií. Mól je presné číslo pre množstvo látky a rovná sa 6022 krát 10 k 23. energetickým elementárnym entitám, ktorými môžu byť atómy, ióny, elektróny alebo molekuly. Teraz viete, s koľkými molekulami každého reaktantu ste začali. Rozdelte moly 1 reaktantu na moly druhého, aby ste zistili pomer dvoch molekúl.
- Začínali ste s 1,25 mólami kyslíka a 0,139 mólov glukózy. Pomer molekúl kyslíka k glukóze je 1,25 / 0,139 = 9,0. To znamená, že ste začali s 9 molekulami kyslíka na každú 1 molekulu glukózy.
5
Nájdite ideálny pomer pre reakciu. Vráťte sa k vyváženej rovnici, ktorú ste si predtým zapísali. Táto vyvážená rovnica vám povie ideálny pomer molekúl: ak použijete tento pomer, obe reaktanty sa spotrebujú súčasne.
- Ľavá strana rovnice je $6o_ {2}+c_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ . Koeficienty hovoria, že existuje 6 molekúl kyslíka a 1 molekula glukózy. Ideálny pomer pre túto reakciu je 6 kyslík / 1 glukóza = 6,0.
- Uistite sa, že uvádzate zoznam reaktantov v rovnakom poradí, v akom ste ich uviedli pre druhý pomer. Ak použijete kyslík/glukózu na 1 a glukózu/kyslík na druhý, váš ďalší výsledok bude nesprávny.
6
Porovnajte pomery a nájdite obmedzujúci reaktant. Pri chemickej reakcii sa 1 z reaktantov spotrebuje skôr ako ostatné. Množstvo produktu, ktoré sa vytvorí pri reakcii, je obmedzené činidlom. Porovnajte 2 pomery, ktoré ste vypočítali, aby ste identifikovali limitujúcu reaktantu:
- Ak je skutočný pomer väčší ako ideálny, máte viac horného reaktantu, ako potrebujete. Spodný reaktant v pomere je limitujúcim reaktantom.
- Ak je skutočný pomer menší ako ideálny, nemáte dostatok horného reaktantu, takže ide o limitujúci reaktant.
- V uvedenom príklade je skutočný pomer kyslíka/glukózy (9,0) vyšší ako ideálny pomer (6,0). Limitujúcim reaktantom musí byť spodný reaktant, glukóza.

Pričom teoretický výťažok bol 36,7 gramov — Skutočný výťažok bol 29 gramov, pričom teoretický výťažok bol 36,7 gramov.

Časť 2 z 3: výpočet teoretického výťažku

1
Identifikujte požadovaný produkt. Na pravej strane chemickej rovnice sú uvedené produkty vzniknuté reakciou. Každý produkt má teoretický výťažok, čo znamená množstvo produktu, ktoré by ste očakávali, ak je reakcia dokonale účinná.
- Pokračovaním vyššie uvedeného príkladu analyzujete reakciu $6o_ {2}+c_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ → $6co_ {2}+6h_ {2} o$ . Na pravej strane sú uvedené 2 výrobky, oxid uhličitý a voda. Vypočítajme výťažok oxidu uhličitého, $Co_ {2}$ .
2
Napíšte počet mólov vášho obmedzujúceho reaktantu. Teoretický výťažok experimentu je množstvo produktu vytvoreného v perfektných podmienkach. Ak chcete vypočítať túto hodnotu, začnite s množstvom obmedzujúceho reaktantu v moloch. (Tento proces je popísaný vyššie v pokynoch na nájdenie limitujúceho reaktantu.)
- V uvedenom príklade ste zistili, že limitujúcim reaktantom je glukóza. Vypočítali ste tiež, že ste začínali s 0,139 mólom glukózy.
3
Nájdite pomer molekúl vo vašom produkte a reaktante. Vráťte sa k vyváženej rovnici. Rozdelte počet molekúl požadovaného produktu počtom molekúl vášho obmedzujúceho reaktantu.
- Vaša vyvážená rovnica je $6o_ {2}+c_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ → $6co_ {2}+6h_ {2} o$ . Existuje 6 molekúl požadovaného produktu, oxidu uhličitého ( $Co_ {2}$ ). Existuje 1 molekula vášho obmedzujúceho reaktantu, glukózy ( $C_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ ).
- Pomer oxidu uhličitého k glukóze je 6 = 6. Inými slovami, táto reakcia môže vytvoriť 6 molekúl oxidu uhličitého z 1 molekuly glukózy.
4
Vynásobte pomer množstvom reaktantu v móloch. Odpoveďou je teoretický výťažok požadovaného produktu v móloch.
- Začínali ste s 0,139 molu glukózy a pomer oxidu uhličitého k glukóze je 6. Teoretický výťažok oxidu uhličitého je (0,139 mólov glukózy) x (6 mólov oxidu uhličitého / mól glukózy) = 0,834 mólov oxidu uhličitého.
5
Výsledok prepočítajte na gramy. Svoju odpoveď v moloch vynásobte molárnou hmotnosťou tejto zlúčeniny, aby ste zistili teoretický výťažok v gramoch. Toto je pohodlnejšia jednotka na použitie vo väčšine experimentov.
- Napríklad molárna hmotnosť CO ₂ je asi 44 g/mol. (Molárna hmotnosť uhlíka je ~ 12 g/mol a kyslík je ~ 16 g/mol, takže celková hodnota je 12 + 16 + 16 = 44.)
- Vynásobte 0,834 molu CO ₂ x 44 g/mol CO ₂ = ~ 36,7 gramov. Teoretický výťažok experimentu je 36,7 gramov CO ₂.

V chémii je teoretický výťažok maximálne množstvo produktu, ktoré by chemická reakcia mohla vytvoriť na základe chemických rovníc.

Časť 3 z 3: Výpočet percentného výťažku

1
Pochopte percentuálny výnos. Teoretický výnos, ktorý ste vypočítali, predpokladá, že všetko prebehlo perfektne. V skutočnom experimente sa to nikdy nestane: kontaminanty a iné nepredvídateľné problémy znamenajú, že niektoré z vašich reaktantov sa nedarí premeniť na produkt. Preto chemici používajú na označenie výťažku tri rôzne koncepty:
- Teoretický výťažok je maximálne množstvo produktu, ktoré by experiment mohol vytvoriť.
- Skutočný výnos je skutočná suma, ktorú ste vytvorili, meraná priamo na stupnici.
- Percentuálny výnos = ${\ frac {aktualyield} {teoreticalyield}}*100 \%$ . Percentuálny výnos 50% napríklad znamená, že ste skončili s 50% teoretického maxima.
2
Zapíšte si skutočný výnos experimentu. Ak ste experiment vykonali sami, zozbierajte vyčistený produkt z vašej reakcie a odvážte ho na váhe, aby ste vypočítali jeho hmotnosť. Ak pracujete na probléme s domácou úlohou alebo na poznámkach niekoho iného, mal by byť uvedený skutočný výnos.
- Povedzme, že naša skutočná reakcia poskytne 29 gramov CO ₂.
3
Vydeľte skutočný výnos teoretickým výnosom. Uistite sa, že pre obe hodnoty (spravidla gramy) používate rovnaké jednotky. Vaša odpoveď bude v pomere bez jednotiek.
- Skutočný výťažok bol 29 gramov, pričom teoretický výťažok bol 36,7 gramov. ${\ frac {29g} {36,7g}} = 0,79$ .
4
Vynásobením 100 preveďte na percento. Odpoveďou je percentuálny výnos.
- 0,79 x 100 = 79, takže percentuálny výťažok experimentu je 79%. Vytvorili ste 79% maximálneho možného množstva CO ₂.

Teoretický výťažok oxidu uhličitého je (0,139 mólov glukózy) x (6 mólov oxidu uhličitého / mól glukózy) = 0,834 mólov oxidu uhličitého.

Tipy

Niektorí študenti si mýlia percentuálny výnos (koľko ste získali z celkového možného množstva) s percentuálnou chybou (ako ďaleko je experimentálny výsledok od očakávaného výsledku). Správne percento Výťažok vzorec je ${\ frac {aktualyield} {teoreticalyield}} x100$ . Ak odčítate 2 výnosy, použijete namiesto toho vzorec percentuálnej chyby.
Ak získate výrazne odlišné výsledky, skontrolujte svoje jednotky. Ak sa váš skutočný výnos líši od teoretického výnosu rádovo alebo viac, pravdepodobne ste v určitom bode svojich výpočtov použili nesprávne jednotky. Opakujte výpočty a sledujte svoje jednotky na každom kroku.
Ak je váš percentuálny výnos vyšší ako 100% (a ste si istí, že vaša matematika je správna), váš produkt kontaminovali iné látky. Produkt vyčistite (napríklad sušením alebo filtráciou) a znova odvážte.

Prečítajte si tiež: Ako vykonať stĺpcovú chromatografiu?

Ako vypočítať percentuálny výnos v chémii?

Kroky

Časť 1 z 3: nájdenie limitujúceho reakčného činidla

Časť 2 z 3: výpočet teoretického výťažku

Časť 3 z 3: Výpočet percentného výťažku

Tipy

Otázky a odpovede

Komentáre (11)

Prečítajte si tiež: