შემზღუდველი რეაგენტი და პროცენტული გამოსავალი განმარტებული

რატომ წყვეტს მოლები და არა გრამები, რომელი რეაგენტი ამოიწურება

გატოლებული განტოლება ნაწილაკებს ითვლის. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O ნიშნავს, რომ წყალბადის ორი მოლეკულა ჟანგბადის ერთ მოლეკულასთან რეაგირებს, ანუ 2 mol 1 mol-თან. ის პირდაპირ არაფერს ამბობს გრამებზე, რადგან სხვადასხვა ნივთიერებას განსხვავებული მოლური მასები აქვს. ამიტომ ორი რეაგენტის მასების შედარება ვერ გეტყვით, რომელი ამოიწურება პირველი.

კოეფიციენტებიდან მიღებული მოლური შეფარდება ნივთიერებებს შორის გაცვლითი კურსივით მუშაობს. მის გამოსაყენებლად ჯერ თითოეული მოცემული მასა ან მოცულობა გადაიყვანეთ მოლებში, გამოიყენეთ შეფარდება და გრამებად უკან გადაიყვანეთ მხოლოდ მაშინ, თუ კითხვა მასას ითხოვს.

სამზარეულოს ანალოგია იდეას აჩვენებს. თუ თითოეულ სენდვიჩს 2 ნაჭერი პური და 1 ნაჭერი ყველი სჭირდება, მაშინ 10 ნაჭერი პურით და 7 ნაჭერი ყველით მხოლოდ 5 სენდვიჩი გამოვა. პური ზღუდავს გამოსავალს, თუმცა მისი ნაჭრები მეტია, რადგან რეცეპტი პურს ორჯერ უფრო სწრაფად ხარჯავს.

ორი საიმედო ტესტი შემზღუდველი რეაგენტისთვის

შეადარეთ პროდუქტის რაოდენობები. თითოეული რეაგენტისთვის გამოთვალეთ, რამდენ პროდუქტს შექმნიდა, სხვა ყველაფერი რომ შეუზღუდავი იყოს. რეაგენტი, რომელიც პროდუქტის ყველაზე მცირე რაოდენობას იძლევა, შემზღუდველია და ეს უმცირესი რაოდენობა თეორიული გამოსავალია. ეს ტესტი ერთდროულად პასუხობს ყველაზე გავრცელებულ შემდგომ კითხვას.

შეადარეთ საჭირო და არსებული. აირჩიეთ ერთი რეაგენტი, გამოთვალეთ, მეორე რეაგენტის რამდენი დასჭირდებოდა და შეადარეთ იმას, რაც არსებობს. თუ არსებული საჭიროზე ნაკლებია, მეორე რეაგენტია შემზღუდველი; წინააღმდეგ შემთხვევაში პირველი. ექვივალენტური მოკლე გზა თითოეული რეაგენტის რაოდენობას მოლებში მის კოეფიციენტზე ყოფს; უმცირესი განაყოფი შემზღუდველ რეაგენტს მიუთითებს.

ორივე ტესტს გატოლებული განტოლება და რაოდენობები მოლებში სჭირდება. სამი ან მეტი რეაგენტის შემთხვევაში პროდუქტის რაოდენობის ტესტი ან კოეფიციენტზე გაყოფის მოკლე გზა ნაკლებ შეცდომას იწვევს, ვიდრე რეაგენტების წყვილებად შედარება.

გადაწყვეტილი მაგალითი: სპილენძის მავთული ვერცხლის ნიტრატის ხსნარში

სპილენძი ვერცხლს ვერცხლის ნიტრატიდან განდევნის: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). სპილენძის მავთულის 3.00 g ნაჭერი თავსდება ხსნარში, რომელიც 8.50 g AgNO₃-ს შეიცავს. რომელია შემზღუდველი რეაგენტი, ვერცხლის რა მასა შეიძლება წარმოიქმნას და რამდენი სპილენძი რჩება? მოლური მასებისთვის გამოყენებულია IUPAC-ის სტანდარტული ატომური მასები, ორ ათობით თანრიგამდე დამრგვალებულს (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), ამიტომ AgNO₃ არის 169.88 g/mol.

გადაიყვანეთ მოლებში, დამატებითი ციფრების შენარჩუნებით: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu და 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. სპილენძს დასჭირდებოდა 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, მაგრამ მხოლოდ 0.050035 mol არის, ამიტომ AgNO₃ შემზღუდველია, თუმცა მისი მასა სპილენძის მასაზე თითქმის სამჯერ მეტია.

ვერცხლის თეორიული გამოსავალი: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, რაც იწერება როგორც 5.40 g. გამოთვლა სპილენძზე დაფუძნებით 10.18 g ვერცხლს იწინასწარმეტყველებდა, რომელიც ვერ წარმოიქმნება, რადგან ვერცხლის ნიტრატი პირველი ამოიწურება.

სპილენძის სიჭარბე: AgNO₃ მოიხმარს 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu-ს, ანუ 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. დარჩენილი სპილენძი = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, მეასედამდე მითითებული, რადგან 3.00 g მეასედამდეა ცნობილი. მასა შენახულია: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, რაც ტოლია დასაწყისში არსებული 3.00 g + 8.50 g-ისა.

თეორიული, რეალური და პროცენტული გამოსავალი

თეორიული გამოსავალი პროდუქტის მაქსიმალური რაოდენობაა, რომელსაც შემზღუდველი რეაგენტი ქმნის, თუ რეაქცია ბოლომდე მიდის როგორც დაწერილია, გვერდითი რეაქციებისა და დანაკარგების გარეშე. რეალური გამოსავალი არის რაოდენობა, რომელსაც გამოყოფთ და ზომავთ. პროცენტული გამოსავალი = (რეალური გამოსავალი ÷ თეორიული გამოსავალი) × 100%.

100%-ზე ნაკლები გამოსავალი ნორმალურია. რეაქცია შეიძლება წონასწორობას მიაღწიოს, სანამ შემზღუდველი რეაგენტი ამოიწურება, გვერდითმა რეაქციებმა შეიძლება რეაგენტები მოიხმაროს და პროდუქტი იკარგება გაფილტვრისას, გადატანისას, გარეცხვისას ან გადაკრისტალებისას. 100%-ზე მეტი გამოსავალი ვარაუდით სუფთა პროდუქტისთვის ჩვეულებრივ ნიშნავს, რომ ის კვლავ შეიცავს გამხსნელს ან მინარევებს, ან რომ მასა არასწორად ჩაიწერა. განიხილეთ ეს როგორც ნიშანი, რომ გააშროთ და ხელახლა აწონოთ და არა როგორც შედეგი.

ორივე გამოსავალი ერთსა და იმავე ნივთიერებას უნდა აღწერდეს ერთსა და იმავე ერთეულებში. თუ თეორიული გამოსავალი მოლებშია, რეალური გამოსავალიც გადაიყვანეთ მოლებში, ან ორივე გამოხატეთ გრამებში.

გადაწყვეტილი მაგალითი: ესტერის სინთეზის პროცენტული გამოსავალი

იზოპენტილაცეტატი, ბანანის მსგავსი სუნის მქონე ესტერი, წარმოიქმნება ძმარმჟავასა და იზოპენტილის სპირტისგან (3-მეთილ-1-ბუტანოლი): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 6.00 g ძმარმჟავისა და 7.50 g იზოპენტილის სპირტის ნარევი 8.12 g გასუფთავებულ ესტერს იძლევა. როგორია პროცენტული გამოსავალი?

მოლური მასები (C 12.01, H 1.01, O 16.00): ძმარმჟავა 60.06 g/mol, იზოპენტილის სპირტი 88.17 g/mol, ესტერი 130.21 g/mol. რაოდენობები: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol მჟავა და 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol სპირტი. შეფარდება 1:1-ია, ამიტომ სპირტი შემზღუდველია და 0.01484 mol მჟავა სიჭარბითაა. ერთი რეაგენტის სიჭარბით გამოყენება ამგვარი წონასწორობით შეზღუდული რეაქციის პროდუქტისკენ გადასაწევად გავრცელებული გზაა.

თეორიული გამოსავალი = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. პროცენტული გამოსავალი = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, სამი მნიშვნელოვანი ციფრი 8.12 g-დან და 7.50 g-დან. თეორიული გამოსავლის 11.1 g-მდე დამრგვალება გაყოფამდე 73.2%-ს მოგვცემდა, ამიტომ დაუმრგვალებელი მნიშვნელობა გაატარეთ წინ.

პროცენტული გამოსავალი უკუმიმართულებითაც მუშაობს. 5.00 g ესტერის მისაღებად იმავე 73.3% გამოსავლით გჭირდებათ თეორიული გამოსავალი 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, ანუ 0.0524 mol ესტერი. ეს მოითხოვს იზოპენტილის სპირტის სულ მცირე 0.0524 mol-ს, ანუ 4.62 g-ს, მჟავის სიჭარბით.

გამოსავლისა და სიჭარბის რეაგენტის შეცდომები, რომლებიც უნდა შეამოწმოთ

ამ ამოცანებში შეცდომების უმეტესობა დაყენების შეცდომაა და არა არითმეტიკული, ამიტომ თითოეულს აქვს შემოწმება, რომელიც მთელი გამოთვლის თავიდან გაკეთებას არ მოითხოვს.

დასრულების შემდეგ დაადასტურეთ სამი რამ: შემზღუდველი რეაგენტი მოლებით შეირჩა, თეორიული გამოსავალი ამ რეაგენტიდან მიიღეს და პროცენტული გამოსავალი 100%-ია ან ნაკლები.

• შემზღუდველი რეაგენტის არჩევა მასების შედარებით. სპილენძის მაგალითში უფრო დიდი მასის რეაგენტი იყო შემზღუდველი.
• რაოდენობების შედარება მოლებში კოეფიციენტების გარეშე. გაყავით თითოეული რაოდენობა მის კოეფიციენტზე, ან გამოთვალეთ პროდუქტი თითოეული რეაგენტისგან.
• თეორიული გამოსავლის გამოთვლა სიჭარბის რეაგენტიდან. თეორიული გამოსავალი ყოველთვის პროდუქტის შესაძლო რაოდენობათა უმცირესია.
• დარჩენილი სიჭარბის პოვნა ერთი ნივთიერების მასის მეორის მასიდან გამოკლებით. გამოთვალეთ სიჭარბის რეაგენტის რამდენი მოიხმარება, მის საკუთარ ერთეულებში, და გამოაკელით იმავე ნივთიერების არსებულ რაოდენობას.
• რეალური და თეორიული გამოსავლის ადგილების გაცვლა ფორმულაში. 100%-ზე მეტი პროცენტული გამოსავალი მშრალი, სუფთა პროდუქტისთვის ნიშნავს, რომ რაღაც არასწორია.
• შუალედური მნიშვნელობების დამრგვალება. ბოლო ნაბიჯი ხელახლა გაიმეორეთ დაუმრგვალებელი რიცხვებით და ნახეთ, იცვლება თუ არა მითითებული ციფრები.