Cum se calculează randamentul procentual în chimie

În domeniul chimiei, randament teoretic

conținut

Pași
Partea 1găsiți reactivul limitator
Partea 2calculați randamentul teoretic
Partea 3calculați randamentul procentual
Sfaturi

este cantitatea maximă de produs care poate crea o reacție chimică. De fapt, majoritatea reacțiilor nu au eficacitate perfectă. Când efectuați experimentul, veți primi o sumă mai mică, care se numește performanță reală. Dacă doriți să exprimați eficacitatea unei reacții, puteți calcula randament procentual utilizând următoarea formulă: Performanță% = (randament real / randament teoretic) x 100. Un randament procentual de 90% înseamnă că reacția a fost de 90% eficientă, în timp ce 10% din materiale au fost irosite (nu au reușit să reacționeze sau nu s-au recuperat produsul dvs.).

pași

Partea 1
Găsiți reactivul limitator

Imaginea intitulată Calculați procentul de randament în chimie Pasul 1

Începeți cu o ecuație chimică echilibrată. O ecuație chimică descrie o reacție chimică a reactanților (pe partea stângă) pentru a forma produse (pe partea dreaptă). În unele probleme, veți avea deja această ecuație, în timp ce în altele va trebui să o scrieți pe cont propriu. Deoarece atomii nu sunt creați sau distruși în timpul unei reacții chimice, fiecare element trebuie să aibă același număr de atomi pe partea dreaptă și pe partea stângă.

De exemplu, oxigenul și glucoza pot reacționa pentru a forma dioxid de carbon și oxigen: ${ displaystyle 6O_ {2} + C_ {6} H_ {12} O_ {6}}$ → ${ displaystyle 6CO_ {2} + 6H_ {2} O}$
Fiecare parte are exact 6 atomi de carbon (C), 12 atomi de hidrogen (H) și 18 atomi de oxigen (O). În acest fel, ecuația este echilibrată.
Dacă doriți să știți cum să echilibrați o ecuație, citiți acest articol.

Se calculează masa molară a fiecărui reactiv. Determinați masa molară a tuturor atomilor din compus și apoi adăugați-i pentru a găsi masa molară a aceluiași compus. Efectuați această procedură pentru a găsi o singură moleculă a compusului menționat.

De exemplu, o moleculă de oxigen (

{ displaystyle O_ {2}}

) conține doi atomi de oxigen.

Masa molară de oxigen este de aproximativ 16 g / mol (puteți găsi o valoare mai precisă într-o tabelă periodică).

2 atomi de oxigen x 16 g / mol per atom = 32 g / mol de

{ displaystyle O_ {2}}

C6H12O6{ displaystyle C_ {6} H_ {12} O_ {6}}), celălalt reactant, are o masă molară de (6 atomi C x 12 g C / mol) + (12 atomi H x 1 g H / mol) + (6 atomi O x 16 g O / mol) = 180 g / mol.

Transformați cantitatea fiecărui reactant de la grame la cariere. Acum este momentul să ne concentrăm asupra experimentului specific pe care trebuie să-l studiem. Se înregistrează cantitățile fiecărui reactiv în grame și se împarte acea valoare cu masa molară a compusului pentru a transforma cantitatea în mol.

De exemplu, să presupunem că ați început cu 40 de grame de oxigen și 25 de grame de glucoză.

40 g de

{ displaystyle O_ {2}}

/ (32 g / mol) = 1,25 moli de oxigen.

25 g de

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

/ (180 g / mol) = aproximativ 0,139 mol de glucoză.

Calculați proporția de reacții. Amintiți-vă că un mol este un număr foarte mare pe care chimistii îl folosesc pentru a "număra" moleculele. Acum știi cât de multe molecule din fiecare reactiv ai început cu. Împărțiți molii unui singur reactant între alunițele celuilalt pentru a găsi proporția celor două molecule.

În exemplul anterior, am început cu 1,25 moli de oxigen și 0,139 moli de glucoză. Raportul dintre moleculele de oxigen și moleculele de glucoză este de 1,25 / 0,139 = 9,0. Aceasta înseamnă că ai început cu 9 molecule de oxigen pentru fiecare moleculă de glucoză.

Găsiți raportul ideal pentru reacție. Luați ecuația echilibrată pe care ați scris-o mai devreme, care va indica proporția ideală a moleculelor. Când se utilizează raportul menționat, ambii reactivi vor fi consumați în același timp.

Partea stângă a ecuației este

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

Imaginea intitulată Calculate_Percent_Yield_in_Chemistry_Step_6

Comparați proporțiile pentru a găsi reactivul limitator. Într-o reacție chimică, unul dintre reactivi este consumat înainte de celelalte. Acest reactiv limitativ determină durata reacției chimice. Prin urmare, comparați ambele proporții pe care le-ați calculat pentru a identifica reactivul limitator:

Dacă proporția reală este mai mare decât raportul ideal, înseamnă că aveți o cantitate mai mare de necesar decât reactivul situat în numărătorul fracțiunii. Reactivul situat în numitorul fracțiunii devine reactivul limitator.

Dacă proporția reală este mai mic decât raportul ideal, înseamnă că reactivul situat în numerotatorul fracțiunii este insuficient, deci devine reactivul limitator.

Folosind exemplul anterior, proporția reală de oxigen și glucoză (9,0) este mai mare decât raportul ideal (6,0). În concluzie, reactivul situat în numitor, glucoza, trebuie să fie reactivul limitator.

Partea 2
Calculați randamentul teoretic

Identificați produsul dorit. Partea dreaptă a unei ecuații chimice arată o listă a produselor create de o reacție chimică. Fiecare produs are un randament teoretic, adică cantitatea de produs pe care ați aștepta să o obțineți dacă reacția ar fi total eficientă.

Revenind la exemplul anterior, este necesar să analizăm următoarea reacție: ${ displaystyle 6O_ {2} + C_ {6} H_ {12} O_ {6}}$ → ${ displaystyle 6CO_ {2} + 6H_ {2} O}$ CO2{ displaystyle CO_ {2}}).

Imaginea intitulată Calculați procentul de randament în chimie Pasul 8

Scrieți numărul de moli ai reactivului limitativ. Randamentul teoretic al unui experiment este cantitatea de produs creată în condiții perfecte. Pentru a calcula această valoare, trebuie să începeți cu numărul de moli ai reactivului limitativ (acest proces este detaliat mai sus în instrucțiunile pentru găsirea reactivului limitativ).

În exemplul anterior, ați descoperit că glucoza a fost reactivul limitativ și că ați calculat că ați început cu 0,139 moli de glucoză.

Imaginea intitulată Calculați procentul de randament în chimie Pasul 9

Găsiți proporția de molecule din produs și din reactiv. Pentru a face acest lucru, luați ecuația echilibrată. Apoi, împărțiți numărul moleculelor produsului dorit cu numărul de molecule ale reactivului limitativ.

Ecuația echilibrată este următoarea:

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

→

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

CO2{ displaystyle CO_ {2}}) și 1 moleculă reactivă limită, glucoză (

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

Raportul dintre dioxidul de carbon și glucoză este de 6/1 = 6. Cu alte cuvinte, această reacție poate produce 6 molecule de dioxid de carbon pentru fiecare moleculă de glucoză.

Imaginea intitulată Calculați procentul de randament în chimie Pasul 10

Se multiplică raportul cu cantitatea în mol de reactiv. Rezultatul va fi randamentul teoretic al produsului dorit exprimat în mol.

Cantitatea inițială de glucoză a fost de 0,139 moli, în timp ce raportul dintre dioxidul de carbon și glucoză este 6. Randamentul teoretic al dioxidului de carbon este (0,139 moli de glucoză) x (6 moli de dioxid de carbon / 1 moli de glucoză ) = 0,834 moli de dioxid de carbon.

Convertiți rezultatul obținut în grame. Multiplicați rezultatul în cariere cu masa molară din compusul menționat pentru a găsi randamentul teoretic în grame. În majoritatea experimentelor, este mai bine să utilizați gramul.

De exemplu, masa molară a CO₂ este de aproximativ 44 g / mol (masa molară a cărbunelui este de aproximativ 12 g / mol și oxigen, aproximativ 16 g / mol, astfel încât cantitatea totală este de 12 + 16 + 16 = 44).

Înmulțiți 0,834 moli de CO₂ x 44 g / mol CO₂ pentru a obține aproximativ 36,7 grame. Prin urmare, randamentul teoretic al experimentului este de 36,7 grame de CO₂.

Partea 3
Calculați randamentul procentual

Imaginea intitulată Calculate_Percent_Yield_in_Chemistry_Step_12

Înțelege perfect semnificația performanței procentuale. Randamentul teoretic pe care l-ați calculat presupune că întreaga ecuație a fost dată în condiții perfecte, ceea ce nu se întâmplă niciodată într-un experiment real, deoarece contaminanții și alte probleme imprevizibile pot determina ca unii reactivi să nu devină produsul. Acesta este motivul pentru care unii chimisti folosesc trei concepte diferite pentru a se referi la performanta:

Randamentul teoretic este cantitatea maximă de produs pe care ar putea-o genera experimentul.
Performanța reală este suma reală pe care ați creat-o, măsurată direct pe baza unei scări.
Formula procentuală de randament este după cum urmează ${ displaystyle { frac { text {Performanță reală}} { text {Performanță teoretică}}} times 100 %}$
De exemplu, un randament procentual de 50% indică faptul că, la sfârșitul unei reacții chimice, obțineți maximum 50% din suma așteptată.

Imaginea intitulată Calculate_Percent_Yield_in_Chemistry_Step_13

Scrieți performanța reală a experimentului. Dacă ați efectuat singur experimentul, colectați produsul purificat din reacție și cântăriți-l pe o scală pentru a calcula masa. Pe de altă parte, dacă este vorba despre un exercițiu sau de o sarcină, trebuie să aveți deja informațiile despre performanță.

Să presupunem că reacția reală este de 29 grame de CO₂.

Imaginea intitulată Calculate_Percent_Yield_in_Chemistry_Step_14

Împărțiți randamentul real între randamentul teoretic. Asigurați-vă că utilizați aceeași unitate pentru ambele valori (de obicei, grame). Rezultatul va fi un raport mai mic decât unitatea.

Randamentul real a fost de 29 de grame, în timp ce randamentul teoretic a fost de 36,7 grame. Prin urmare, dacă facem calculul, vom obține următorul rezultat:

{ displaystyle { frac {29g} {36,7g}} = 0,79}

Imaginea intitulată Calculate_Percent_Yield_in_Chemistry_Step_15

Înmulțiți rezultatul obținut cu 100 pentru al converti într-un procentaj. Răspunsul va fi randamentul procentual.

0,79 x 100 = 79, astfel încât randamentul procentual al experimentului este de 79%. Aceasta înseamnă că ați creat 79% din cantitatea maximă posibilă de CO₂.

sfaturi

Unii studenți confundă acest termen randament procentual (rezultatul obținut din cantitatea maximă posibilă) cu eroare procentuală (diferența dintre un rezultat experimental al rezultatului așteptat). Formula corectă pentru randamentul procentual este ${ displaystyle { frac { text {Performanță reală}} { text {Performanță teoretică}}} times 100}$
Dacă, pe de altă parte, scădeți ambele randamente, veți folosi formula pentru a găsi eroarea procentuală.
Dacă obțineți rezultate foarte diferite, verificați unitățile. Dacă randamentul real diferă de randamentul teoretic cu un ordin de mărime sau mai mare, probabil că ați folosit unitățile greșite la un moment dat în calcul. Repetați procedurile și păstrați o înregistrare a unităților în fiecare etapă a ecuației.
Dacă randamentul procentual este mai mare de 100% (și știți sigur că calculele sunt corecte), înseamnă că există și alte substanțe care au contaminat produsul. Prin urmare, trebuie să o purificați (de exemplu, prin uscare sau filtrare) și să o cântăriți din nou.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit