Ipinaliwanag: Limiting Reactant at Percent Yield

Bakit mole, hindi gramo, ang nagpapasya kung aling reactant ang maubos

Binibilang ng balanseng equation ang mga particle. Ang 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O ay nangangahulugang dalawang molecule ng hydrogen ang tumutugon sa isang molecule ng oxygen, o 2 mol sa 1 mol. Wala itong direktang sinasabi tungkol sa gramo, dahil magkakaiba ang molar mass ng mga substansiya. Kaya ang paghahambing ng mga masa ng dalawang reactant ay hindi makapagsasabi kung alin ang unang maubos.

Ang mole ratio mula sa mga koepisyent ay gumagana na parang exchange rate sa pagitan ng mga substansiya. Para gamitin ito, i-convert muna ang bawat ibinigay na masa o volume sa mole, ilapat ang ratio, at ibalik sa gramo lang kung masa ang hinihingi ng tanong.

Ipinapakita ng paghahambing sa kusina ang ideya. Kung ang bawat sandwich ay nangangailangan ng 2 hiwa ng tinapay at 1 hiwa ng keso, ang 10 hiwa ng tinapay at 7 hiwa ng keso ay makakagawa lang ng 5 sandwich. Nililimitahan ng tinapay ang kayang gawin kahit mas marami ang hiwa nito, dahil dalawang beses na mas mabilis ang paggamit ng recipe sa tinapay.

Dalawang maaasahang pagsubok para sa limiting reactant

Ihambing ang mga dami ng produkto. Para sa bawat reactant, kalkulahin kung gaano karaming produkto ang mabubuo nito kung walang limitasyon ang lahat ng iba pa. Ang reactant na nagbibigay ng pinakamaliit na dami ng produkto ang limiting, at ang pinakamaliit na dami na iyon ang theoretical yield. Sinasagot ng pagsubok na ito ang pinakakaraniwang kasunod na tanong nang sabay.

Ihambing ang kailangan sa magagamit. Pumili ng isang reactant, kalkulahin kung gaano karami ng ikalawang reactant ang kakailanganin nito, at ihambing sa naroroon. Kung mas kaunti ang naroroon kaysa sa kailangan, ang ikalawang reactant ang limiting; kung hindi, ang una. Ang katumbas na shortcut ay hatiin ang dami ng bawat reactant sa mole sa koepisyent nito; ang pinakamaliit na kosyente ang tumutukoy sa limiting reactant.

Parehong nangangailangan ng balanseng equation at mga dami sa mole ang dalawang pagsubok. Kapag may tatlo o higit pang reactant, mas kaunti ang pagkakamali sa pagsubok ng dami ng produkto o sa shortcut na paghahati sa koepisyent kaysa sa paghahambing ng mga reactant nang magkakapares.

Halimbawang may solusyon: alambreng copper sa solusyon ng silver nitrate

Pinapalitan ng copper ang silver sa silver nitrate: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). Ang 3.00 g na piraso ng alambreng copper ay inilalagay sa solusyong naglalaman ng 8.50 g ng AgNO₃. Aling reactant ang limiting, anong masa ng silver ang mabubuo, at gaano karaming copper ang natitira? Ang mga molar mass ay gumagamit ng mga standard atomic weight ng IUPAC na naka-round sa dalawang decimal (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), kaya ang AgNO₃ ay 169.88 g/mol.

I-convert sa mole, na nagdadala ng mga dagdag na digit: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu, at 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Ang copper ay mangangailangan ng 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, ngunit 0.050035 mol lang ang naroroon, kaya ang AgNO₃ ang limiting, kahit halos tatlong beses ang masa nito kaysa sa copper.

Theoretical yield ng silver: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, na iuulat bilang 5.40 g. Ang paggawa ng kalkulasyon batay sa copper ay maghuhula ng 10.18 g ng silver, na hindi mabubuo dahil unang maubos ang silver nitrate.

Sobrang copper: ang AgNO₃ ay umuubos ng 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, o 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Natirang copper = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, na iuulat hanggang ikalawang decimal dahil tiyak ang 3.00 g hanggang ikalawang decimal. Napapanatili ang masa: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, katumbas ng 3.00 g + 8.50 g sa simula.

Theoretical, aktuwal, at percent yield

Ang theoretical yield ay ang pinakamataas na dami ng produktong kayang mabuo ng limiting reactant, sa pag-aakalang ganap na nagaganap ang reaksyon ayon sa pagkakasulat na walang side reaction at walang pagkawala. Ang aktuwal na yield ay ang dami ng naihihiwalay at nasusukat mo. Percent yield = (aktuwal na yield ÷ theoretical yield) × 100%.

Normal ang mga yield na mas mababa sa 100%. Maaaring umabot sa equilibrium ang reaksyon bago maubos ang limiting reactant, maaaring umubos ng mga reactant ang mga side reaction, at nawawala ang produkto sa pagsasala, paglilipat, paghuhugas, o recrystallization. Ang yield na higit sa 100% para sa sinasabing purong produkto ay karaniwang nangangahulugang may solvent o dumi pa ito, o maling naitala ang masa. Ituring itong hudyat para patuyuin at timbangin muli, hindi isang resulta.

Dapat inilalarawan ng dalawang yield ang iisang substansiya sa iisang yunit. Kung nasa mole ang theoretical yield, i-convert din sa mole ang aktuwal na yield, o ipahayag ang dalawa sa gramo.

Halimbawang may solusyon: percent yield ng sintesis ng ester

Ang isopentyl acetate, isang ester na may amoy na parang saging, ay nabubuo mula sa acetic acid at isopentyl alcohol (3-methyl-1-butanol): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. Ang pinaghalong 6.00 g ng acetic acid at 7.50 g ng isopentyl alcohol ay nagbibigay ng 8.12 g ng dinalisay na ester. Ano ang percent yield?

Mga molar mass (C 12.01, H 1.01, O 16.00): acetic acid 60.06 g/mol, isopentyl alcohol 88.17 g/mol, ester 130.21 g/mol. Mga dami: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol acid at 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alcohol. 1:1 ang ratio, kaya ang alcohol ang limiting at 0.01484 mol ng acid ang sobra. Ang paggamit ng sobra sa isang reactant ay karaniwang paraan para itulak patungo sa produkto ang reaksyong limitado ng equilibrium na tulad nito.

Theoretical yield = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Percent yield = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, tatlong mahalagang digit mula sa 8.12 g at 7.50 g. Ang pag-round ng theoretical yield sa 11.1 g bago hatiin ay magbibigay ng 73.2%, kaya dalhin pasulong ang halagang hindi naka-round.

Gumagana rin pabalik ang percent yield. Para makakolekta ng 5.00 g ng ester sa parehong 73.3% na yield, kailangan mo ng theoretical yield na 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, na 0.0524 mol ng ester. Nangangailangan iyon ng hindi bababa sa 0.0524 mol, o 4.62 g, ng isopentyl alcohol, na may sobrang acid.

Mga error sa yield at sobrang reactant na dapat suriin

Karamihan sa mga error sa mga problemang ito ay mga error sa setup at hindi sa aritmetika, kaya bawat isa ay may pagsusuring hindi nangangailangang ulitin ang buong kalkulasyon.

Pagkatapos, kumpirmahin ang tatlong bagay: pinili ang limiting reactant mula sa mole, nagmula sa reactant na iyon ang theoretical yield, at 100% o mas mababa ang percent yield.

• Pagpili ng limiting reactant sa pamamagitan ng paghahambing ng mga masa. Sa halimbawa ng copper, ang reactant na mas malaki ang masa ang limiting.
• Paghahambing ng mga dami sa mole nang walang mga koepisyent. Hatiin ang bawat dami sa koepisyent nito, o kalkulahin ang produkto mula sa bawat reactant.
• Pagkalkula ng theoretical yield mula sa sobrang reactant. Ang theoretical yield ay laging ang mas maliit sa mga posibleng dami ng produkto.
• Paghahanap ng natirang sobra sa pamamagitan ng pagbabawas ng masa ng isang substansiya sa masa ng iba. Kalkulahin kung gaano karami ng sobrang reactant ang nagamit, sa sarili nitong mga yunit, at ibawas iyon sa dami ng parehong substansiyang naroroon.
• Pagpapalit ng aktuwal at theoretical yield sa formula. Ang percent yield na higit sa 100% para sa tuyo at purong produkto ay nangangahulugang may mali.
• Pag-round ng mga intermediate na halaga. Ulitin ang huling hakbang gamit ang mga numerong hindi naka-round at tingnan kung nagbabago ang iniulat na mga digit.