Takmarkandi hvarfefni og prósentuafrakstur útskýrt

Hvers vegna mól, ekki grömm, ráða því hvaða hvarfefni klárast

Jöfnuð efnajafna telur agnir. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O merkir að tvær vetnissameindir hvarfast við eina súrefnissameind, eða 2 mol við 1 mol. Hún segir ekkert beint um grömm, því ólík efni hafa ólíkan mólmassa. Að bera saman massa tveggja hvarfefna getur því ekki sagt þér hvort þeirra klárast fyrst.

Molahlutfallið úr stuðlunum virkar eins og gengi á milli efna. Til að nota það skaltu fyrst umbreyta hverjum gefnum massa eða rúmmáli í mól, beita hlutfallinu og umbreyta aftur í grömm aðeins ef spurt er um massa.

Samlíking úr eldhúsinu sýnir hugmyndina. Ef hver samloka þarf 2 brauðsneiðar og 1 ostsneið, þá búa 10 brauðsneiðar og 7 ostsneiðar aðeins til 5 samlokur. Brauðið takmarkar framleiðsluna þótt sneiðarnar af því séu fleiri, því uppskriftin notar brauð tvisvar sinnum hraðar.

Tvær áreiðanlegar prófanir fyrir takmarkandi hvarfefni

Berðu saman magn myndefnis. Reiknaðu fyrir hvert hvarfefni hversu mikið myndefni það gæti myndað ef allt annað væri ótakmarkað. Hvarfefnið sem gefur minnsta magn myndefnis er takmarkandi og það minnsta magn er fræðilegi afraksturinn. Þessi prófun svarar algengustu framhaldsspurningunni um leið.

Berðu saman það sem þarf og það sem er til. Veldu eitt hvarfefni, reiknaðu hversu mikið af öðru hvarfefni það þyrfti og berðu saman við það sem er til staðar. Ef minna er til staðar en þarf, þá er annað hvarfefnið takmarkandi; annars er það fyrsta. Jafngild flýtileið deilir magni hvers hvarfefnis í mólum með stuðli þess; minnsti kvótinn merkir takmarkandi hvarfefnið.

Báðar prófanirnar þarfnast jafnaðrar efnajöfnu og magns í mólum. Með þremur hvarfefnum eða fleiri er prófunin á magni myndefnis eða flýtileiðin að deila með stuðli ólíklegri til villna en að bera hvarfefni saman í pörum.

Útreiknað dæmi: koparvír í silfurnítratlausn

Kopar ryður silfri úr silfurnítrati: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g stykki af koparvír er sett í lausn sem inniheldur 8.50 g af AgNO₃. Hvaða hvarfefni er takmarkandi, hversu mikill massi af silfri getur myndast og hversu mikið af kopar er eftir? Mólmassar nota staðlaða atómmassa IUPAC námundaða í tvo aukastafi (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), svo AgNO₃ er 169.88 g/mol.

Umbreyttu í mól og haltu aukatölustöfum: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu og 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Koparinn myndi þurfa 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, en aðeins 0.050035 mol eru til staðar, svo AgNO₃ er takmarkandi, þótt massi þess sé næstum þrefalt meiri en kopars.

Fræðilegur afrakstur silfurs: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, gefið upp sem 5.40 g. Að byggja útreikninginn á kopar í staðinn myndi spá 10.18 g af silfri, sem getur ekki myndast því silfurnítratið klárast fyrst.

Umframkopar: AgNO₃ notar 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, eða 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Kopar eftir = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, gefið upp í hundraðshlutum því 3.00 g er þekkt upp í hundraðshluta. Massi varðveitist: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, jafnt og 3.00 g + 8.50 g í upphafi.

Fræðilegur, raunverulegur og prósentuafrakstur

Fræðilegur afrakstur er mesta magn myndefnis sem takmarkandi hvarfefnið getur myndað, að því gefnu að hvarfið gangi til enda eins og það er skrifað, án hliðarhvarfa og án taps. Raunverulegur afrakstur er magnið sem þú einangrar og mælir. Prósentuafrakstur = (raunverulegur afrakstur ÷ fræðilegur afrakstur) × 100%.

Afrakstur undir 100% er eðlilegur. Hvarf getur náð jafnvægi áður en takmarkandi hvarfefnið er uppurið, hliðarhvörf geta notað hvarfefni og myndefni tapast við síun, flutning, þvott eða endurkristöllun. Afrakstur yfir 100% fyrir meintu hreinu myndefni þýðir yfirleitt að það inniheldur enn leysi eða óhreinindi, eða að massi var skráður rangt. Líttu á það sem merki um að þurrka og vigta aftur, ekki sem niðurstöðu.

Báðir afrakstrarnir verða að lýsa sama efni í sömu einingum. Ef fræðilegi afraksturinn er í mólum skaltu umbreyta raunverulega afrakstrinum í mól líka, eða gefa báða upp í grömmum.

Útreiknað dæmi: prósentuafrakstur við myndun esters

Ísópentýlasetat, ester með bananalykt, myndast úr ediksýru og ísópentýlalkóhóli (3-metýl-1-bútanóli): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. Blanda af 6.00 g af ediksýru og 7.50 g af ísópentýlalkóhóli gefur 8.12 g af hreinsuðum ester. Hver er prósentuafraksturinn?

Mólmassar (C 12.01, H 1.01, O 16.00): ediksýra 60.06 g/mol, ísópentýlalkóhól 88.17 g/mol, ester 130.21 g/mol. Magn: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol sýra og 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alkóhól. Hlutfallið er 1:1, svo alkóhólið er takmarkandi og 0.01484 mol af sýru eru í umframmagni. Að nota eitt hvarfefni í umframmagni er algeng leið til að þrýsta hvarfi sem takmarkast af jafnvægi, eins og þessu, í átt að myndefni.

Fræðilegur afrakstur = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Prósentuafrakstur = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, þrír marktækir tölustafir úr 8.12 g og 7.50 g. Að námunda fræðilega afraksturinn í 11.1 g áður en deilt er myndi gefa 73.2%, svo berðu ónámundaða gildið áfram.

Prósentuafrakstur virkar líka afturábak. Til að safna 5.00 g af ester við sama 73.3% afrakstur þarftu fræðilegan afrakstur upp á 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, sem er 0.0524 mol af ester. Það krefst að minnsta kosti 0.0524 mol, eða 4.62 g, af ísópentýlalkóhóli, með sýruna í umframmagni.

Villur í afrakstri og umframhvarfefni sem vert er að athuga

Flestar villur í þessum dæmum eru uppsetningarvillur frekar en reiknivillur, svo hver þeirra hefur athugun sem útheimtir ekki að allur útreikningurinn sé gerður aftur.

Staðfestu þrennt þegar þú ert búin(n): að takmarkandi hvarfefnið var valið út frá mólum, að fræðilegi afraksturinn kom frá því hvarfefni og að prósentuafraksturinn er 100% eða minni.

• Að velja takmarkandi hvarfefni með því að bera saman massa. Í kopardæminu var hvarfefnið með stærri massann takmarkandi.
• Að bera saman magn í mólum án stuðlanna. Deildu hverju magni með stuðli þess, eða reiknaðu myndefnið út frá hverju hvarfefni.
• Að reikna fræðilega afraksturinn út frá umframhvarfefninu. Fræðilegi afraksturinn er alltaf minna magnið af mögulegu myndefni.
• Að finna afgang umframhvarfefnis með því að draga massa eins efnis frá massa annars. Reiknaðu hversu mikið af umframhvarfefninu er notað, í eigin einingum, og dragðu það frá magni sama efnis sem var til staðar.
• Að víxla raunverulegum og fræðilegum afrakstri í formúlunni. Prósentuafrakstur yfir 100% fyrir þurrt, hreint myndefni þýðir að eitthvað er rangt.
• Að námunda millistigsgildi. Reiknaðu síðasta skrefið aftur með ónámunduðum tölum og sjáðu hvort tölustafirnir sem gefnir eru upp breytast.