Beperkende reaktant en persentasie-opbrengs verduidelik

Hoekom mol, nie gram nie, bepaal watter reaktant opraak

'n Gebalanseerde vergelyking tel deeltjies. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O beteken twee molekule waterstof reageer met een molekuul suurstof, of 2 mol met 1 mol. Dit sê niks direk oor gram nie, omdat verskillende stowwe verskillende molêre massas het. Om die massas van twee reaktante te vergelyk kan jou dus nie vertel watter een eerste opraak nie.

Die molverhouding uit die koëffisiënte werk soos 'n wisselkoers tussen stowwe. Om dit te gebruik, skakel eers elke gegewe massa of volume om na mol, pas die verhouding toe, en skakel slegs terug na gram as die vraag 'n massa vra.

'n Kombuisanalogie wys die idee. As elke toebroodjie 2 snye brood en 1 sny kaas nodig het, maak 10 snye brood en 7 snye kaas net 5 toebroodjies. Brood beperk die opbrengs al is daar meer snye daarvan, omdat die resep brood twee keer so vinnig gebruik.

Twee betroubare toetse vir die beperkende reaktant

Vergelyk produkhoeveelhede. Bereken vir elke reaktant hoeveel produk dit kon vorm as al die ander onbeperk was. Die reaktant wat die kleinste hoeveelheid produk gee, is beperkend, en daardie kleinste hoeveelheid is die teoretiese opbrengs. Hierdie toets beantwoord terselfdertyd die algemeenste opvolgvraag.

Vergelyk benodig met beskikbaar. Kies een reaktant, bereken hoeveel van 'n tweede reaktant dit sou benodig, en vergelyk met wat teenwoordig is. As minder teenwoordig is as wat nodig is, is die tweede reaktant beperkend; andersins is die eerste. 'n Gelykwaardige kortpad deel elke reaktant se hoeveelheid in mol deur sy koëffisiënt; die kleinste kwosiënt dui die beperkende reaktant aan.

Albei toetse benodig 'n gebalanseerde vergelyking en hoeveelhede in mol. Met drie of meer reaktante is die produkhoeveelheidstoets of die deel-deur-koëffisiënt-kortpad minder foutgeneig as om reaktante in pare te vergelyk.

Uitgewerkte voorbeeld: koperdraad in silwernitraatoplossing

Koper verplaas silwer uit silwernitraat: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 'n Stuk koperdraad van 3.00 g word in 'n oplossing geplaas wat 8.50 g AgNO₃ bevat. Watter reaktant is beperkend, watter massa silwer kan vorm, en hoeveel koper bly oor? Molêre massas gebruik IUPAC-standaardatoomgewigte afgerond tot twee desimale (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), dus is AgNO₃ 169.88 g/mol.

Skakel om na mol, met ekstra syfers gehou: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu, en 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Die koper sou 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃ nodig hê, maar slegs 0.050035 mol is teenwoordig, dus is AgNO₃ beperkend, al is sy massa byna drie keer dié van die koper.

Teoretiese opbrengs van silwer: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, gerapporteer as 5.40 g. As die berekening op koper gebaseer was, sou dit 10.18 g silwer voorspel, wat nie kan vorm nie omdat die silwernitraat eerste opraak.

Oormaat koper: die AgNO₃ verbruik 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, of 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Koper wat oorbly = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, gerapporteer tot by die honderdstes-plek omdat 3.00 g tot by die honderdstes-plek bekend is. Massa word behou: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, gelyk aan die 3.00 g + 8.50 g aan die begin.

Teoretiese, werklike en persentasie-opbrengs

Die teoretiese opbrengs is die maksimum hoeveelheid produk wat die beperkende reaktant kan vorm, as aangeneem word dat die reaksie soos geskryf tot voltooiing verloop sonder newereaksies en sonder verliese. Die werklike opbrengs is die hoeveelheid wat jy isoleer en meet. Persentasie-opbrengs = (werklike opbrengs ÷ teoretiese opbrengs) × 100%.

Opbrengste onder 100% is normaal. 'n Reaksie kan ewewig bereik voordat die beperkende reaktant opgebruik is, newereaksies kan reaktante verbruik, en produk gaan verlore tydens filtrering, oordrag, was of herkristallisasie. 'n Opbrengs bo 100% vir 'n veronderstelde suiwer produk beteken gewoonlik dat dit nog oplosmiddel of onsuiwerhede bevat, of dat 'n massa verkeerd aangeteken is. Behandel dit as 'n sein om te droog en weer te weeg, nie as 'n resultaat nie.

Albei opbrengste moet dieselfde stof in dieselfde eenhede beskryf. As die teoretiese opbrengs in mol is, skakel die werklike opbrengs ook om na mol, of druk albei in gram uit.

Uitgewerkte voorbeeld: persentasie-opbrengs van 'n estersintese

Isopentielasetaat, 'n ester met 'n piesangagtige reuk, vorm uit asynsuur en isopentielalkohol (3-metiel-1-butanol): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 'n Mengsel van 6.00 g asynsuur en 7.50 g isopentielalkohol gee 8.12 g gesuiwerde ester. Wat is die persentasie-opbrengs?

Molêre massas (C 12.01, H 1.01, O 16.00): asynsuur 60.06 g/mol, isopentielalkohol 88.17 g/mol, ester 130.21 g/mol. Hoeveelhede: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol suur en 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alkohol. Die verhouding is 1:1, dus is die alkohol beperkend en is 0.01484 mol suur in oormaat. Om een reaktant in oormaat te gebruik is 'n algemene manier om 'n ewewigbeperkte reaksie soos hierdie na produk toe te druk.

Teoretiese opbrengs = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Persentasie-opbrengs = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, drie beduidende syfers uit 8.12 g en 7.50 g. Om die teoretiese opbrengs tot 11.1 g af te rond voor deling sou 73.2% gee, dus dra die ongeronde waarde vorentoe.

Persentasie-opbrengs werk ook agtertoe. Om 5.00 g ester teen dieselfde 73.3% opbrengs te versamel, het jy 'n teoretiese opbrengs van 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g nodig, wat 0.0524 mol ester is. Dit vereis minstens 0.0524 mol, of 4.62 g, isopentielalkohol, met die suur in oormaat.

Opbrengs- en oormaatreaktantfoute om na te gaan

Die meeste foute in hierdie probleme is opstellingsfoute eerder as rekenkundige foute, dus het elkeen 'n kontrole wat nie vereis dat die hele berekening oorgedoen word nie.

Bevestig na afloop drie dinge: die beperkende reaktant is uit mol gekies, die teoretiese opbrengs het van daardie reaktant gekom, en die persentasie-opbrengs is 100% of minder.

• Die beperkende reaktant kies deur massas te vergelyk. In die koper-voorbeeld was die reaktant met die groter massa beperkend.
• Hoeveelhede in mol vergelyk sonder die koëffisiënte. Deel elke hoeveelheid deur sy koëffisiënt, of bereken die produk uit elke reaktant.
• Die teoretiese opbrengs uit die oormaatreaktant bereken. Die teoretiese opbrengs is altyd die kleiner van die moontlike produkhoeveelhede.
• Die oormaat wat oorbly vind deur die massa van een stof van die massa van 'n ander af te trek. Bereken hoeveel van die oormaatreaktant verbruik word, in sy eie eenhede, en trek dit af van die hoeveelheid van dieselfde stof wat teenwoordig is.
• Werklike en teoretiese opbrengs in die formule omruil. 'n Persentasie-opbrengs bo 100% vir 'n droë, suiwer produk beteken iets is verkeerd.
• Tussenwaardes afrond. Werk die laaste stap oor met ongeronde getalle en kyk of die gerapporteerde syfers verander.