Limiteeriv reagent ja saagis protsentides selgitatud

Miks moolid, mitte grammid, otsustavad, milline reagent saab otsa

Tasakaalustatud võrrand loendab osakesi. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O tähendab, et kaks vesiniku molekuli reageerivad ühe hapniku molekuliga, ehk 2 mol 1 moliga. See ei ütle otseselt midagi grammide kohta, sest erinevatel ainetel on erinevad molaarmassid. Kahe reagendi masside võrdlemine ei saa seega öelda, milline saab esimesena otsa.

Kordajatest saadud mooli suhe toimib nagu vahetuskurss ainete vahel. Selle kasutamiseks teisenda esmalt iga antud mass või ruumala moolideks, rakenda suhet ja teisenda tagasi grammideks ainult siis, kui küsimus nõuab massi.

Köögi analoogia näitab mõtet. Kui iga võileib vajab 2 viilu leiba ja 1 viilu juustu, siis 10 viilu leiba ja 7 viilu juustu annavad ainult 5 võileiba. Leib piirab toodangut, kuigi seda on rohkem viilusid, sest retsept kasutab leiba kaks korda kiiremini.

Kaks usaldusväärset testi limiteeriva reagendi jaoks

Võrdle saaduse hulki. Arvuta iga reagendi kohta, kui palju saadust see võiks moodustada, kui kõik muu oleks piiramatu. Reagent, mis annab väikseima saaduse hulga, on limiteeriv ja see väikseim hulk on teoreetiline saagis. See test vastab samal ajal kõige sagedasemale järgküsimusele.

Võrdle vajalikku olemasolevaga. Vali üks reagent, arvuta, kui palju teist reagenti see vajaks, ja võrdle sellega, mis on olemas. Kui olemas on vähem kui vaja, on teine reagent limiteeriv; vastasel juhul on esimene. Samaväärne otsetee jagab iga reagendi hulga moolides selle kordajaga; väikseim jagatis tähistab limiteerivat reagenti.

Mõlemad testid vajavad tasakaalustatud võrrandit ja koguseid moolides. Kolme või enama reagendi puhul on saaduse hulga test või kordajaga jagamise otsetee vähem veaohtlik kui reagentide paaride kaupa võrdlemine.

Lahendatud näide: vasktraat hõbenitraadi lahuses

Vask tõrjub hõbenitraadist välja hõbeda: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g vasktraadi tükk asetatakse lahusesse, mis sisaldab 8.50 g AgNO₃. Milline reagent on limiteeriv, kui suur hõbeda mass võib tekkida ja kui palju vaske jääb alles? Molaarmassid kasutavad IUPAC-i standardseid aatommasse, mis on ümardatud kahe kümnendkohani (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), seega on AgNO₃ 169.88 g/mol.

Teisenda moolideks, kandes lisanumbreid edasi: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu ja 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Vask vajaks 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, kuid olemas on ainult 0.050035 mol, seega on AgNO₃ limiteeriv, kuigi selle mass on peaaegu kolm korda suurem kui vase oma.

Hõbeda teoreetiline saagis: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, esitatuna kui 5.40 g. Arvutus vase põhjal ennustaks 10.18 g hõbedat, mis ei saa tekkida, sest hõbenitraat saab esimesena otsa.

Liigne vask: AgNO₃ tarbib 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, ehk 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Allesjäänud vask = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, esitatuna sajandikeni, sest 3.00 g on teada sajandikeni. Mass säilib: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, mis võrdub algse 3.00 g + 8.50 g-ga.

Teoreetiline, tegelik ja protsentuaalne saagis

Teoreetiline saagis on saaduse maksimaalne hulk, mida limiteeriv reagent saab moodustada, eeldades, et reaktsioon kulgeb täielikult nii, nagu kirjutatud, ilma kõrvalreaktsioonide ja kadudeta. Tegelik saagis on hulk, mille eraldad ja mõõdad. Saagis protsentides = (tegelik saagis ÷ teoreetiline saagis) × 100%.

Alla 100% saagised on normaalsed. Reaktsioon võib jõuda tasakaalu enne limiteeriva reagendi ammendumist, kõrvalreaktsioonid võivad reagente tarbida ja saadust läheb kaduma filtreerimisel, ülekandmisel, pesemisel või ümberkristallimisel. Üle 100% saagis väidetavalt puhta saaduse puhul tähendab tavaliselt, et see sisaldab veel lahustit või lisandeid, või et mass on valesti registreeritud. Käsitle seda märguandena kuivatada ja uuesti kaaluda, mitte tulemusena.

Mõlemad saagised peavad kirjeldama sama ainet samades ühikutes. Kui teoreetiline saagis on moolides, teisenda ka tegelik saagis moolideks või väljenda mõlemad grammides.

Lahendatud näide: estersünteesi saagis protsentides

Isopentüületanaat, banaanilaadse lõhnaga ester, moodustub äädikhappest ja isopentüülalkoholist (3-metüülbutaan-1-ool): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 6.00 g äädikhappe ja 7.50 g isopentüülalkoholi segu annab 8.12 g puhastatud estrit. Kui suur on saagis protsentides?

Molaarmassid (C 12.01, H 1.01, O 16.00): äädikhape 60.06 g/mol, isopentüülalkohol 88.17 g/mol, ester 130.21 g/mol. Kogused: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol hapet ja 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alkoholi. Suhe on 1:1, seega on alkohol limiteeriv ja 0.01484 mol hapet on liigses koguses. Ühe reagendi liigse koguse kasutamine on levinud viis suruda sellist tasakaaluga piiratud reaktsiooni saaduse suunas.

Teoreetiline saagis = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Saagis protsentides = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, kolm tüvenumbrit väärtustest 8.12 g ja 7.50 g. Teoreetilise saagise ümardamine väärtuseks 11.1 g enne jagamist annaks 73.2%, seega kanna ümardamata väärtus edasi.

Saagis protsentides töötab ka tagurpidi. 5.00 g estri kogumiseks sama 73.3% saagisega on vaja teoreetilist saagist 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, mis on 0.0524 mol estrit. See nõuab vähemalt 0.0524 mol ehk 4.62 g isopentüülalkoholi, happe liigses koguses.

Saagise ja liigse reagendi vead, mida kontrollida

Enamik vigu nendes ülesannetes on seadistusvead, mitte aritmeetika, seega on igaühel kontroll, mis ei nõua kogu arvutuse uuesti tegemist.

Pärast lõpetamist kinnita kolm asja: limiteeriv reagent valiti moolide põhjal, teoreetiline saagis tuli sellest reagendist ja saagis protsentides on 100% või vähem.

• Limiteeriva reagendi valimine masside võrdlemise teel. Vase näites oli suurema massiga reagent limiteeriv.
• Koguste võrdlemine moolides ilma kordajateta. Jaga iga kogus selle kordajaga või arvuta saadus igast reagendist.
• Teoreetilise saagise arvutamine liigsest reagendist. Teoreetiline saagis on alati võimalike saaduse hulkade väiksem.
• Allesjäänud liigse leidmine ühe aine massi lahutamisel teise massist. Arvuta, kui palju liigsest reagendist tarbitakse, selle enda ühikutes, ja lahuta see sama aine olemasolevast kogusest.
• Tegeliku ja teoreetilise saagise vahetamine valemis. Üle 100% saagis protsentides kuiva, puhta saaduse puhul tähendab, et midagi on valesti.
• Vahetulemuste ümardamine. Tee viimane samm uuesti ümardamata arvudega ja vaata, kas esitatud numbrid muutuvad.