Սահմանափակող ռեագենտը և արդյունքի տոկոսը բացատրված

Ինչու մոլերը, այլ ոչ գրամները, որոշում են, թե որ ռեագենտն է սպառվում

Հավասարեցված հավասարումը հաշվում է մասնիկները։ 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O նշանակում է, որ ջրածնի երկու մոլեկուլ փոխազդում է թթվածնի մեկ մոլեկուլի հետ, կամ 2 mol՝ 1 mol-ի հետ։ Այն ուղղակիորեն ոչինչ չի ասում գրամների մասին, քանի որ տարբեր նյութեր ունեն տարբեր մոլային զանգվածներ։ Ուստի երկու ռեագենտի զանգվածները համեմատելը չի կարող ասել, թե որն է սպառվում առաջինը։

Գործակիցներից ստացված մոլերի հարաբերությունը աշխատում է որպես նյութերի միջև փոխանակման փոխարժեք։ Այն օգտագործելու համար նախ յուրաքանչյուր տրված զանգված կամ ծավալ փոխարկեք մոլերի, կիրառեք հարաբերությունը և հետ փոխարկեք գրամների միայն եթե հարցը զանգված է պահանջում։

Խոհանոցային համեմատությունը պարզաբանում է գաղափարը։ Եթե յուրաքանչյուր սենդվիչը պահանջում է 2 կտոր հաց և 1 կտոր պանիր, ապա 10 կտոր հացով և 7 կտոր պանրով կարելի է պատրաստել ընդամենը 5 սենդվիչ։ Հացը սահմանափակում է արդյունքը, թեև դրա կտորները շատ են, քանի որ բաղադրատոմսը հացն ավելի արագ է ծախսում՝ կրկնակի։

Սահմանափակող ռեագենտի երկու հուսալի ստուգում

Համեմատեք արգասիքի քանակները։ Յուրաքանչյուր ռեագենտի համար հաշվեք, թե որքան արգասիք կարող էր առաջանալ, եթե մնացած ամեն ինչ անսահմանափակ լիներ։ Այն ռեագենտը, որը տալիս է արգասիքի ամենափոքր քանակը, սահմանափակող է, և այդ ամենափոքր քանակը տեսական ելքն է։ Այս ստուգումը միաժամանակ պատասխանում է ամենահաճախակի հաջորդ հարցին։

Համեմատեք պահանջվածը առկայի հետ։ Ընտրեք մի ռեագենտ, հաշվեք, թե երկրորդ ռեագենտից որքան է պետք դրա համար, և համեմատեք առկայի հետ։ Եթե առկան պահանջվածից պակաս է, երկրորդ ռեագենտը սահմանափակող է. հակառակ դեպքում՝ առաջինը։ Համարժեք դյուրանցումը յուրաքանչյուր ռեագենտի քանակը մոլերով բաժանում է իր գործակցի վրա. ամենափոքր քանորդը նշում է սահմանափակող ռեագենտը։

Երկու ստուգումն էլ պահանջում են հավասարեցված հավասարում և քանակներ մոլերով։ Երեք կամ ավելի ռեագենտների դեպքում արգասիքի քանակի ստուգումը կամ գործակցի վրա բաժանելու դյուրանցումն ավելի քիչ սխալների հավանականություն ունի, քան ռեագենտները զույգերով համեմատելը։

Լուծված օրինակ՝ պղնձե լար արծաթի նիտրատի լուծույթում

Պղինձը արծաթը դուրս է մղում արծաթի նիտրատից. Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s)։ 3.00 g պղնձե լարի կտորը դրվում է 8.50 g AgNO₃ պարունակող լուծույթի մեջ։ Ո՞ր ռեագենտն է սահմանափակող, արծաթի ի՞նչ զանգված կարող է առաջանալ և որքա՞ն պղինձ է մնում։ Մոլային զանգվածները օգտագործում են IUPAC-ի ստանդարտ ատոմային զանգվածները՝ կլորացված երկու տասնորդականի (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), ուստի AgNO₃-ը 169.88 g/mol է։

Փոխարկեք մոլերի՝ պահելով լրացուցիչ թվանշաններ. 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu և 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃։ Պղնձին անհրաժեշտ կլիներ 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, բայց առկա է միայն 0.050035 mol, ուստի AgNO₃-ը սահմանափակող է, թեև դրա զանգվածը պղնձի զանգվածից գրեթե երեք անգամ մեծ է։

Արծաթի տեսական ելք՝ 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, որը նշվում է որպես 5.40 g։ Հաշվարկը պղնձի վրա հիմնելը կկանխատեսեր 10.18 g արծաթ, որը չի կարող առաջանալ, քանի որ արծաթի նիտրատը սպառվում է առաջինը։

Ավելցուկային պղինձ՝ AgNO₃-ը սպառում է 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, կամ 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g։ Մնացած պղինձ = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, նշված հարյուրերորդականի ճշտությամբ, քանի որ 3.00 g-ը հայտնի է հարյուրերորդականի ճշտությամբ։ Զանգվածը պահպանվում է՝ 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, հավասար սկզբի 3.00 g + 8.50 g-ին։

Տեսական, փաստացի և տոկոսային ելք

Տեսական ելքը արգասիքի առավելագույն քանակն է, որը կարող է առաջացնել սահմանափակող ռեագենտը՝ ենթադրելով, որ ռեակցիան ընթանում է մինչև ավարտ ըստ գրված հավասարման, առանց կողմնակի ռեակցիաների և կորուստների։ Փաստացի ելքը այն քանակն է, որը դուք անջատում և չափում եք։ Արդյունքի տոկոս = (փաստացի ելք ÷ տեսական ելք) × 100%։

100%-ից ցածր ելքերը սովորական են։ Ռեակցիան կարող է հասնել հավասարակշռության՝ նախքան սահմանափակող ռեագենտի սպառումը, կողմնակի ռեակցիաները կարող են սպառել ռեագենտները, և արգասիքը կորչում է զտման, փոխանցման, լվացման կամ վերաբյուրեղացման ժամանակ։ Ենթադրաբար մաքուր արգասիքի 100%-ից բարձր ելքը սովորաբար նշանակում է, որ այն դեռ պարունակում է լուծիչ կամ խառնուրդներ, կամ որ զանգվածը սխալ է գրանցվել։ Դա դիտեք որպես ազդանշան՝ չորացնելու և նորից կշռելու համար, այլ ոչ թե որպես արդյունք։

Երկու ելքերն էլ պետք է նկարագրեն նույն նյութը նույն միավորներով։ Եթե տեսական ելքը մոլերով է, փաստացի ելքը նույնպես փոխարկեք մոլերի, կամ երկուսն էլ արտահայտեք գրամներով։

Լուծված օրինակ՝ էսթերի սինթեզի արդյունքի տոկոսը

Իզոպենտիլացետատը՝ բանանի հոտով էսթերը, առաջանում է քացախաթթվից և իզոպենտիլ սպիրտից (3-մեթիլ-1-բութանոլ)՝ C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O։ 6.00 g քացախաթթվի և 7.50 g իզոպենտիլ սպիրտի խառնուրդը տալիս է 8.12 g մաքրված էսթեր։ Որքա՞ն է արդյունքի տոկոսը։

Մոլային զանգվածներ (C 12.01, H 1.01, O 16.00)՝ քացախաթթու 60.06 g/mol, իզոպենտիլ սպիրտ 88.17 g/mol, էսթեր 130.21 g/mol։ Քանակներ՝ 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol թթու և 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol սպիրտ։ Հարաբերությունը 1:1 է, ուստի սպիրտը սահմանափակող է, և 0.01484 mol թթու ավելցուկ է։ Մեկ ռեագենտն ավելցուկով օգտագործելը սովորական եղանակ է այսպիսի հավասարակշռությամբ սահմանափակված ռեակցիան դեպի արգասիք մղելու համար։

Տեսական ելք = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g։ Արդյունքի տոկոս = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, երեք նշանակալի թվանշան՝ 8.12 g-ից և 7.50 g-ից։ Տեսական ելքը 11.1 g կլորացնելը բաժանելուց առաջ կտար 73.2%, ուստի չկլորացված արժեքը տարեք առաջ։

Արդյունքի տոկոսը աշխատում է նաև հակառակ ուղղությամբ։ Նույն 73.3% ելքով 5.00 g էսթեր ստանալու համար անհրաժեշտ է 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g տեսական ելք, որը 0.0524 mol էսթեր է։ Դա պահանջում է առնվազն 0.0524 mol կամ 4.62 g իզոպենտիլ սպիրտ՝ թթվի ավելցուկով։

Ելքի և ավելցուկային ռեագենտի սխալներ, որոնք պետք է ստուգել

Այս խնդիրների սխալների մեծ մասը կառուցվածքի սխալներ են, այլ ոչ թվաբանական, ուստի յուրաքանչյուրն ունի ստուգում, որը չի պահանջում ամբողջ հաշվարկը նորից անել։

Ավարտելուց հետո հաստատեք երեք բան՝ սահմանափակող ռեագենտն ընտրվել է մոլերից, տեսական ելքը ստացվել է այդ ռեագենտից, և արդյունքի տոկոսը 100% կամ պակաս է։

• Սահմանափակող ռեագենտն ընտրել զանգվածները համեմատելով։ Պղնձի օրինակում ավելի մեծ զանգվածով ռեագենտն էր սահմանափակողը։
• Մոլերով քանակները համեմատել առանց գործակիցների։ Բաժանեք յուրաքանչյուր քանակը իր գործակցի վրա, կամ հաշվեք արգասիքը յուրաքանչյուր ռեագենտից։
• Տեսական ելքը հաշվել ավելցուկային ռեագենտից։ Տեսական ելքը միշտ արգասիքի հնարավոր քանակներից փոքրագույնն է։
• Մնացած ավելցուկը գտնել՝ մի նյութի զանգվածը մյուսի զանգվածից հանելով։ Հաշվեք, թե ավելցուկային ռեագենտից որքան է սպառվել իր սեփական միավորներով, և հանեք դա նույն նյութի առկա քանակից։
• Փաստացի և տեսական ելքերը բանաձևում փոխանակել։ Չոր, մաքուր արգասիքի 100%-ից բարձր արդյունքի տոկոսը նշանակում է, որ ինչ-որ բան սխալ է։
• Միջանկյալ արժեքների կլորացում։ Նորից կատարեք վերջին քայլը չկլորացված թվերով և տեսեք՝ նշված թվանշանները փոխվու՞մ են։