Ποια είναι η θεωρητική απόδοση μιας αντίδρασης;

Πριν από τη διεξαγωγή χημικών αντιδράσεων, είναι χρήσιμο να γνωρίζουμε πόσα προϊόντα παράγονται με συγκεκριμένες ποσότητες αντιδραστηρίων. Αυτό είναι γνωστό ως θεωρητική απόδοση. Αυτή είναι μια στρατηγική που χρησιμοποιείται όταν υπολογίζεται η θεωρητική απόδοση μιας χημικής αντίδρασης. Η ίδια στρατηγική μπορεί να εφαρμοστεί για τον προσδιορισμό του ποσού του καθενός αντιδραστήριο που απαιτούνται για την παραγωγή μιας επιθυμητής ποσότητας προϊόντος.

10 γραμμάρια αερίου υδρογόνου καίγονται παρουσία περίσσειας αερίου οξυγόνου για την παραγωγή νερού. Πόσο νερό παράγεται;

Η αντίδραση όπου αέριο υδρογόνο συνδυάζεται με αέριο οξυγόνο για να παράγει νερό είναι:

H₂(g) + Ο₂(g) → Η₂O (l)

Βήμα 1: Βεβαιωθείτε ότι σας χημικές εξισώσεις είναι ισορροπημένες εξισώσεις.

Η παραπάνω εξίσωση δεν είναι ισορροπημένη. Μετά εξισορρόπηση, η εξίσωση γίνεται:

2 Η₂(g) + Ο₂(g) → 2 Η₂O (l)

Βήμα 2: Προσδιορίστε τις γραμμομοριακές αναλογίες μεταξύ των αντιδραστηρίων και του προϊόντος.

Αυτή η τιμή είναι η γέφυρα μεταξύ του αντιδραστηρίου και του προϊόντος.

ο γραμμομοριακή αναλογία είναι η στοιχειομετρική αναλογία μεταξύ της ποσότητας μιας ένωσης και της ποσότητας μιας άλλης ένωσης σε μια αντίδραση. Για αυτή την αντίδραση, για κάθε δύο γραμμομόρια αερίου υδρογόνου που χρησιμοποιείται, παράγονται δύο γραμμομόρια νερού. Η γραμμομοριακή αναλογία μεταξύ Η₂ και Η₂Το Ο είναι 1 mol Η₂/ 1 mol Η₂Ο.

Βήμα 3: Υπολογίστε τη θεωρητική απόδοση της αντίδρασης.

Τώρα υπάρχουν αρκετές πληροφορίες για τον προσδιορισμό του θεωρητική απόδοση. Χρησιμοποιήστε τη στρατηγική:

1. Χρησιμοποιήστε τη γραμμομοριακή μάζα του αντιδραστηρίου για να μετατρέψετε τα γραμμάρια του αντιδραστηρίου σε γραμμομόρια αντιδραστηρίου
2. Χρησιμοποιήστε τη γραμμομοριακή αναλογία μεταξύ του αντιδραστηρίου και του προϊόντος για να μετατρέψετε τα αντιδρώντα μόρια σε προϊόν γραμμομορίων
3. Χρησιμοποιήστε το μοριακή μάζα του προϊόντος σε μετατρέψτε το γραμμομοριακό προϊόν σε γραμμάρια του προϊόντος.

Σε μορφή εξίσωσης:

(γραμμομοριακή μάζα του προϊόντος / 1 γραμμομοριακό προϊόν) x (γραμμομοριακό προϊόν / αντιδραστήριο) χ (μοριακή μάζα προϊόντος / 1 mol προϊόντος)

Η θεωρητική απόδοση της αντίδρασής μας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας:

• μοριακή μάζα του Η₂ αέριο = 2 γραμμάρια
• μοριακή μάζα του Η₂Ο = 18 γραμμάρια

γραμμάρια Η₂O = γραμμάρια Η₂ x (1 mol Η₂/ 2 γραμμάρια Η₂) χ (1 mol Η₂O / 1 mol Η₂) χ (18 γραμμάρια Η₂O / 1 mol Η₂Ο)

Είχαμε 10 γραμμάρια Η₂ αέριο, έτσι:

γραμμάρια Η₂Ο = 10 g Η₂ x (1 mol Η₂/ 2 g Η₂) χ (1 mol Η₂O / 1 mol Η₂) χ (18 g Η₂O / 1 mol Η₂Ο)

Όλες οι μονάδες εκτός από τα γραμμάρια H₂O ακυρώσετε, αφήνοντας:

γραμμάρια Η₂Ο = (10 χ 1/2 χ 1 χ 18) γραμμάρια Η₂Ο

γραμμάρια Η₂Ο = 90 γραμμάρια Η₂Ο

Δέκα γραμμάρια αερίου υδρογόνου με περίσσεια οξυγόνου θα παράγουν θεωρητικά 90 γραμμάρια νερού.

Αυτή η στρατηγική μπορεί να τροποποιηθεί ελαφρά για να υπολογιστεί την ποσότητα των αντιδραστηρίων που απαιτούνται για την παραγωγή μιας καθορισμένης ποσότητας προϊόντος. Ας αλλάξουμε το παράδειγμα μας: Πόσα γραμμάρια αερίου υδρογόνου και αερίου οξυγόνου χρειάζονται για την παραγωγή 90 γραμμαρίων νερού;

Γνωρίζουμε την ποσότητα υδρογόνου που χρειάζεται από το πρώτο παράδειγμα, αλλά για να κάνετε τον υπολογισμό:

(γραμμομοριακό αντιδραστήριο / προϊόν μοριακής μάζας) χ (γραμμομοριακή αναλογία αντιδραστηρίου / προϊόντος) χ (γραμμάρια αντιδραστηρίου / μοριακής μάζας αντιδραστηρίου)

Για το αέριο υδρογόνο:

γραμμάρια Η₂ = 90 γραμμάρια Η₂Οχ (1 mol Η₂Ο / 18 g) χ (1 mol Η₂/ 1 mol Η₂Ο) χ (2 g Η₂/ 1 mol Η₂)

γραμμάρια Η₂ = (90 χ 1/18 χ 1 χ 2) γραμμάρια Η₂ γραμμάρια Η₂ = 10 γραμμάρια Η₂

Αυτό συμφωνεί με το πρώτο παράδειγμα. Για τον προσδιορισμό της απαιτούμενης ποσότητας οξυγόνου απαιτείται η γραμμομοριακή αναλογία οξυγόνου προς νερό. Για κάθε mole του χρησιμοποιούμενου αερίου οξυγόνου, παράγονται 2 γραμμομόρια νερού. Η γραμμομοριακή αναλογία μεταξύ αερίου οξυγόνου και νερού είναι 1 mol O²/ 2 mol Η₂Ο.

ο εξίσωση για γραμμάρια Ο₂ γίνεται:

γραμμάρια Ο₂ = 90 γραμμάρια Η₂Οχ (1 mol Η₂Ο / 18 g) χ (1 mol₂/ 2 mol Η₂O) χ (32 g O₂/ 1 mol Η₂)

γραμμάρια Ο₂ = (90 χ 1/18 χ 1/2 χ 32) γραμμάρια Ο₂

γραμμάρια Ο₂ = 80 γραμμάρια Ο₂

Για την παραγωγή 90 γραμμαρίων νερού χρειάζονται 10 γραμμάρια αέριου υδρογόνου και 80 γραμμάρια οξυγόνου.

Θεωρητικοί υπολογισμοί απόδοσης είναι απλές εφ 'όσον έχετε ισορροπημένες εξισώσεις για να βρείτε τις γραμμομοριακές αναλογίες που απαιτούνται για τη γεφύρωση των αντιδραστηρίων και του προϊόντος.

• Ισορροπίστε τις εξισώσεις σας.
• Βρείτε την γραμμομοριακή αναλογία μεταξύ του αντιδραστηρίου και του προϊόντος.
• Υπολογίστε χρησιμοποιώντας την ακόλουθη στρατηγική: Μετατρέψτε τα γραμμάρια σε γραμμομόρια, χρησιμοποιήστε τη γραμμομοριακή αναλογία για τη γέφυρα προϊόντων και αντιδραστηρίων και, στη συνέχεια, μετατρέψτε τα γραμμομόρια πίσω σε γραμμάρια. Με άλλα λόγια, να δουλέψουμε με κρεατοελιές και στη συνέχεια να τα μετατρέψουμε σε γραμμάρια. Μην εργάζεστε με γραμμάρια και υποθέστε ότι θα πάρετε τη σωστή απάντηση.

Για περισσότερα παραδείγματα, εξετάστε το θεωρητική απόδοση λειτούργησε πρόβλημα και προβλήματα χημικών αντιδράσεων υδατικού διαλύματος.

• Petrucci, R.H., Harwood, W.S. και Ρενίη, F.G. (2002) Γενική Χημεία, 8η έκδοση. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
• Vogel, Α. ΕΓΩ.; Tatchell, Α. R.; Furnis, Β. ΜΙΚΡΟ.; Hannaford, Α. J.; Smith, Ρ. W. ΣΟΛ. (1996) Το Εγχειρίδιο της πρακτικής οργανικής χημείας του Vogel (5η έκδοση). Pearson. ISBN 978-0582462366.
• Whitten, Κ. W., Gailey, Κ.ϋ. και Davis, R.E. (1992) Γενική Χημεία, 4η έκδοση. Δημοσιεύσεις κολλεγίων του Saunders. ISBN 0030723736.