Ribojantis reagentas ir procentinė išeiga paaiškinta

Kodėl, kuris reagentas pasibaigs, lemia moliai, o ne gramai

Suderinta lygtis skaičiuoja daleles. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O reiškia, kad dvi vandenilio molekulės reaguoja su viena deguonies molekule, arba 2 mol su 1 mol. Ji tiesiogiai nieko nesako apie gramus, nes skirtingos medžiagos turi skirtingas molines mases. Todėl palyginus dviejų reagentų mases, negalima pasakyti, kuris pasibaigs pirmas.

Molių santykis pagal koeficientus veikia kaip medžiagų keitimo kursas. Norėdami jį panaudoti, pirmiausia kiekvieną duotą masę ar tūrį paverskite moliais, pritaikykite santykį ir atgal į gramus paverskite tik tada, jei klausiama masės.

Idėją parodo virtuvės analogija. Jei kiekvienam sumuštiniui reikia 2 duonos riekių ir 1 sūrio riekės, tai iš 10 duonos riekių ir 7 sūrio riekių gaunami tik 5 sumuštiniai. Duona riboja rezultatą, nors jos riekių daugiau, nes receptas duoną sunaudoja dvigubai greičiau.

Du patikimi ribojančio reagento tikrinimo būdai

Palyginkite produkto kiekius. Kiekvienam reagentui apskaičiuokite, kiek produkto jis galėtų sudaryti, jei visko kito būtų neribotai. Reagentas, duodantis mažiausią produkto kiekį, yra ribojantis, o tas mažiausias kiekis yra teorinė išeiga. Šis tikrinimas tuo pačiu atsako į dažniausią tolesnį klausimą.

Palyginkite reikiamą su turimu. Pasirinkite vieną reagentą, apskaičiuokite, kiek antrojo reagento jam reikėtų, ir palyginkite su tuo, kas yra. Jei yra mažiau nei reikia, antrasis reagentas yra ribojantis; kitu atveju – pirmasis. Lygiavertis trumpesnis būdas yra kiekvieno reagento kiekį moliais padalyti iš jo koeficiento; mažiausias dalmuo nurodo ribojantį reagentą.

Abiem būdams reikia suderintos lygties ir kiekių moliais. Esant trims ar daugiau reagentų, produkto kiekio tikrinimas arba dalijimo iš koeficiento trumpesnis būdas yra mažiau linkęs į klaidas nei reagentų lyginimas poromis.

Išspręstas pavyzdys: vario viela sidabro nitrato tirpale

Varis išstumia sidabrą iš sidabro nitrato: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g vario vielos gabalas įdedamas į tirpalą, kuriame yra 8.50 g AgNO₃. Kuris reagentas yra ribojantis, kokia sidabro masė gali susidaryti ir kiek vario lieka? Molinės masės apskaičiuotos pagal IUPAC standartines atomines mases, suapvalintas iki dviejų skaitmenų po kablelio (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), todėl AgNO₃ yra 169.88 g/mol.

Paverskite moliais, paliekant papildomus skaitmenis: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu ir 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Variui reikėtų 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, bet yra tik 0.050035 mol, todėl AgNO₃ yra ribojantis, nors jo masė beveik tris kartus didesnė nei vario.

Sidabro teorinė išeiga: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, nurodoma kaip 5.40 g. Skaičiuojant pagal varį, būtų numatyta 10.18 g sidabro, kuris negali susidaryti, nes pirmiau pasibaigia sidabro nitratas.

Vario perteklius: AgNO₃ sunaudoja 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, arba 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Likęs varis = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, nurodoma iki šimtųjų dalių, nes 3.00 g žinoma iki šimtųjų dalių. Masė išlieka: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, o tai lygu pradiniams 3.00 g + 8.50 g.

Teorinė, faktinė ir procentinė išeiga

Teorinė išeiga yra didžiausias produkto kiekis, kurį gali sudaryti ribojantis reagentas, darant prielaidą, kad reakcija vyksta iki galo, kaip užrašyta, be šalutinių reakcijų ir be nuostolių. Faktinė išeiga yra kiekis, kurį išskiriate ir išmatuojate. Procentinė išeiga = (faktinė išeiga ÷ teorinė išeiga) × 100%.

Mažesnė nei 100% išeiga yra normali. Reakcija gali pasiekti pusiausvyrą, kol ribojantis reagentas dar nesunaudotas, šalutinės reakcijos gali sunaudoti reagentus, o produkto prarandama filtruojant, perpilant, plaunant ar perkristalinant. Didesnė nei 100% išeiga tariamai grynam produktui paprastai reiškia, kad jame vis dar yra tirpiklio ar priemaišų arba masė buvo užrašyta neteisingai. Laikykite tai ženklu išdžiovinti ir pasverti iš naujo, o ne rezultatu.

Abi išeigos turi aprašyti tą pačią medžiagą tais pačiais vienetais. Jei teorinė išeiga nurodyta moliais, faktinę išeigą taip pat paverskite moliais arba abi išreikškite gramais.

Išspręstas pavyzdys: esterio sintezės procentinė išeiga

Izopentilacetatas, esteris su bananų kvapu, susidaro iš acto rūgšties ir izopentilo alkoholio (3-metil-1-butanolio): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. Iš 6.00 g acto rūgšties ir 7.50 g izopentilo alkoholio mišinio gaunama 8.12 g išgryninto esterio. Kokia procentinė išeiga?

Molinės masės (C 12.01, H 1.01, O 16.00): acto rūgštis 60.06 g/mol, izopentilo alkoholis 88.17 g/mol, esteris 130.21 g/mol. Kiekiai: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol rūgšties ir 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alkoholio. Santykis yra 1:1, todėl alkoholis yra ribojantis, o 0.01484 mol rūgšties yra perteklius. Vieno reagento naudojimas pertekliumi yra dažnas būdas pusiausvyros ribojamą reakciją, kaip ši, pastūmėti produkto link.

Teorinė išeiga = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Procentinė išeiga = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, trys reikšminiai skaitmenys pagal 8.12 g ir 7.50 g. Teorinę išeigą prieš dalijimą suapvalinus iki 11.1 g, būtų gauta 73.2%, todėl toliau naudokite nesuapvalintą vertę.

Procentinė išeiga veikia ir atvirkščiai. Norėdami gauti 5.00 g esterio ta pačia 73.3% išeiga, jums reikia teorinės išeigos 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, tai yra 0.0524 mol esterio. Tam reikia ne mažiau kaip 0.0524 mol, arba 4.62 g, izopentilo alkoholio, o rūgšties – su pertekliumi.

Išeigos ir reagento pertekliaus klaidos, kurias verta patikrinti

Dauguma šių uždavinių klaidų yra sąrankos, o ne aritmetikos klaidos, todėl kiekvienai yra patikra, nereikalaujanti perdaryti viso skaičiavimo.

Baigę patvirtinkite tris dalykus: ribojantis reagentas pasirinktas pagal molius, teorinė išeiga gauta iš to reagento, o procentinė išeiga yra 100% arba mažesnė.

• Ribojančio reagento parinkimas lyginant mases. Vario pavyzdyje ribojantis buvo reagentas su didesne mase.
• Kiekių moliais lyginimas be koeficientų. Kiekvieną kiekį padalykite iš jo koeficiento arba apskaičiuokite produktą iš kiekvieno reagento.
• Teorinės išeigos skaičiavimas pagal pertekliaus reagentą. Teorinė išeiga visada yra mažesnis iš galimų produkto kiekių.
• Likusio pertekliaus radimas vienos medžiagos masę atimant iš kitos masės. Apskaičiuokite, kiek pertekliaus reagento sunaudojama, jo paties vienetais, ir atimkite tai iš tos pačios medžiagos esamo kiekio.
• Faktinės ir teorinės išeigos sukeitimas formulėje. Didesnė nei 100% procentinė išeiga sausam, grynam produktui reiškia, kad kažkas negerai.
• Tarpinių verčių apvalinimas. Paskutinį žingsnį perskaičiuokite su nesuapvalintais skaičiais ir pažiūrėkite, ar nurodomi skaitmenys pasikeičia.