Лимиттеуші реагент және пайыздық шығым түсіндірмесі

Қай реагенттің таусылатынын неге граммдар емес, мольдер шешеді

Теңестірілген теңдеу бөлшектерді санайды. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O екі сутек молекуласы бір оттек молекуласымен, яғни 2 mol 1 mol-мен әрекеттесетінін білдіреді. Ол граммдар туралы тікелей ештеңе айтпайды, өйткені әртүрлі заттардың молярлық массалары әртүрлі. Сондықтан екі реагенттің массасын салыстыру қайсысының бірінші таусылатынын айта алмайды.

Коэффициенттерден алынған моль қатынасы заттар арасындағы айырбас бағамы сияқты жұмыс істейді. Оны қолдану үшін алдымен әр берілген масса немесе көлемді мольге түрлендіріңіз, қатынасты қолданыңыз және тек сұрақ массаны сұраса ғана граммға қайта түрлендіріңіз.

Ас үй ұқсастығы идеяны көрсетеді. Егер әр сэндвичке 2 тілім нан және 1 тілім ірімшік керек болса, 10 тілім нан мен 7 тілім ірімшік тек 5 сэндвич жасайды. Нан көбірек тілім болса да, өнімді шектейді, өйткені рецепт нанды екі есе жылдам жұмсайды.

Лимиттеуші реагентке арналған екі сенімді тест

Өнім мөлшерлерін салыстыру. Әр реагент үшін, қалғаны шексіз болса, ол қанша өнім түзе алатынын есептеңіз. Ең аз өнім беретін реагент лимиттеуші болады және сол ең аз мөлшер теориялық шығым болады. Бұл тест ең жиі кездесетін келесі сұраққа да бір мезгілде жауап береді.

Қажетті мөлшерді бар мөлшермен салыстыру. Бір реагентті таңдап, оған екінші реагенттің қанша қажет болатынын есептеңіз және бар мөлшермен салыстырыңыз. Егер қажеттіден аз болса, екінші реагент лимиттеуші; әйтпесе бірінші. Баламалы қысқа жол әр реагенттің моль мөлшерін оның коэффициентіне бөледі; ең кіші бөлінді лимиттеуші реагентті көрсетеді.

Екі тест те теңестірілген теңдеуді және моль түріндегі мөлшерлерді қажет етеді. Үш немесе одан көп реагент болғанда, өнім мөлшері тесті немесе коэффициентке бөлу қысқа жолы реагенттерді жұптап салыстырудан гөрі қатеге аз бейім.

Шешілген мысал: күміс нитраты ерітіндісіндегі мыс сым

Мыс күмісті күміс нитратынан ығыстырады: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g мыс сым құрамында 8.50 g AgNO₃ бар ерітіндіге салынады. Қай реагент лимиттеуші, қанша масса күміс түзілуі мүмкін және қанша мыс қалады? Молярлық массалар екі ондық таңбаға дейін дөңгелектелген IUPAC стандартты атомдық салмақтарын қолданады (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), сондықтан AgNO₃ 169.88 g/mol.

Қосымша цифрларды сақтап, мольге түрлендіріңіз: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu және 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Мысқа 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃ қажет болар еді, бірақ тек 0.050035 mol бар, сондықтан AgNO₃ лимиттеуші, оның массасы мыс массасынан үш есеге жуық көп болса да.

Күмістің теориялық шығымы: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, ол 5.40 g деп жазылады. Есепті мысқа негіздесек, 10.18 g күміс болжанар еді, ол түзілмейді, өйткені күміс нитраты бұрын таусылады.

Артық мыс: AgNO₃ 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu жұмсайды, яғни 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Қалған мыс = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, жүздік үлеске дейін жазылады, өйткені 3.00 g жүздік үлеске дейін белгілі. Масса сақталады: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, бұл басындағы 3.00 g + 8.50 g-ға тең.

Теориялық, нақты және пайыздық шығым

Теориялық шығым — лимиттеуші реагент түзе алатын өнімнің ең көп мөлшері, реакция жазылғандай толық жүреді, жанама реакциялар мен шығындар жоқ деп есептегенде. Нақты шығым — сіз бөліп алып өлшеген мөлшер. Пайыздық шығым = (нақты шығым ÷ теориялық шығым) × 100%.

100%-дан төмен шығымдар қалыпты. Реакция лимиттеуші реагент таусылмай тұрып тепе-теңдікке жетуі мүмкін, жанама реакциялар реагенттерді жұмсауы мүмкін, ал өнім сүзгілеу, ауыстыру, жуу немесе қайта кристалдау кезінде жоғалады. Таза деп есептелген өнім үшін 100%-дан жоғары шығым әдетте оның құрамында еріткіш немесе қоспалар бар екенін немесе массаның қате жазылғанын білдіреді. Оны нәтиже емес, кептіріп қайта өлшеу сигналы деп қабылдаңыз.

Екі шығым да бір затты бір бірліктермен сипаттауы керек. Егер теориялық шығым мольмен берілсе, нақты шығымды да мольге түрлендіріңіз немесе екеуін де граммен өрнектеңіз.

Шешілген мысал: күрделі эфир синтезінің пайыздық шығымы

Банан иісі бар күрделі эфир — изопентилацетат — сірке қышқылы мен изопентил спиртінен (3-метил-1-бутанол) түзіледі: C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 6.00 g сірке қышқылы мен 7.50 g изопентил спирті қоспасы 8.12 g тазартылған эфир береді. Пайыздық шығым қандай?

Молярлық массалар (C 12.01, H 1.01, O 16.00): сірке қышқылы 60.06 g/mol, изопентил спирті 88.17 g/mol, эфир 130.21 g/mol. Мөлшерлер: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol қышқыл және 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol спирт. Қатынас 1:1, сондықтан спирт лимиттеуші, ал 0.01484 mol қышқыл артық. Бір реагентті артық алу тепе-теңдікпен шектелген осындай реакцияны өнім жағына ығыстырудың кең таралған тәсілі.

Теориялық шығым = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Пайыздық шығым = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, 8.12 g және 7.50 g бойынша үш маңызды цифр. Бөлместен бұрын теориялық шығымды 11.1 g-ға дейін дөңгелектесе, 73.2% шығар еді, сондықтан дөңгелектелмеген мәнді алға алып жүріңіз.

Пайыздық шығым кері бағытта да жұмыс істейді. Дәл сол 73.3% шығыммен 5.00 g эфир алу үшін 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g теориялық шығым қажет, бұл 0.0524 mol эфир. Ол үшін кемінде 0.0524 mol, яғни 4.62 g, изопентил спирті қажет, ал қышқыл артық болады.

Тексеретін шығым және артық реагент қателері

Бұл есептердегі қателердің көбі арифметикалық емес, құрастыру қателері, сондықтан әрқайсысының есепті түгел қайта шықпай-ақ жасалатын тексеруі бар.

Аяқтағаннан кейін үш нәрсені растаңыз: лимиттеуші реагент мольдер бойынша таңдалды, теориялық шығым сол реагенттен шықты және пайыздық шығым 100% немесе одан аз.

• Лимиттеуші реагентті массаларды салыстыру арқылы таңдау. Мыс мысалында массасы үлкен реагент лимиттеуші болды.
• Моль түріндегі мөлшерлерді коэффициенттерсіз салыстыру. Әр мөлшерді оның коэффициентіне бөліңіз немесе әр реагенттен өнімді есептеңіз.
• Теориялық шығымды артық реагенттен есептеу. Теориялық шығым әрқашан мүмкін өнім мөлшерлерінің кішісі.
• Қалған артықты бір заттың массасын басқасының массасынан азайту арқылы табу. Артық реагенттің қаншасы жұмсалғанын өз бірліктерінде есептеп, оны сол заттың бар мөлшерінен азайтыңыз.
• Формулада нақты және теориялық шығымды ауыстырып жіберу. Құрғақ, таза өнім үшін 100%-дан жоғары пайыздық шығым бір нәрсенің қате екенін білдіреді.
• Аралық мәндерді дөңгелектеу. Соңғы қадамды дөңгелектелмеген сандармен қайта орындап, жазылатын цифрлар өзгеретінін қараңыз.