Лимитирачки реактант и процентен принос објаснети

Зошто моловите, а не грамовите, одлучуваат кој реактант се троши

Изедначената равенка брои честички. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O значи дека две молекули водород реагираат со една молекула кислород, или 2 mol со 1 mol. Не кажува ништо директно за грамовите, бидејќи различните супстанции имаат различни моларни маси. Споредбата на масите на два реактанти затоа не може да ви каже кој се троши први.

Соодносот на молови од коефициентите функционира како девизен курс меѓу супстанциите. За да го користите, прво претворете ја секоја дадена маса или волумен во молови, применете го соодносот и вратете се во грамови само ако прашањето бара маса.

Кујнска аналогија ја покажува идејата. Ако за секој сендвич се потребни 2 парчиња леб и 1 парче сирење, тогаш 10 парчиња леб и 7 парчиња сирење прават само 5 сендвичи. Лебот го ограничува производот иако има повеќе парчиња од него, бидејќи рецептот го троши лебот двојно побрзо.

Два сигурни теста за лимитирачкиот реактант

Споредете ги количествата производ. За секој реактант пресметајте колку производ би можел да формира ако сè друго е неограничено. Реактантот што дава најмало количество производ е лимитирачки, а тоа најмало количество е теоретскиот принос. Овој тест истовремено одговара на најчестото следно прашање.

Споредете потребно со расположливо. Изберете еден реактант, пресметајте колку од втор реактант му треба и споредете со тоа што е присутно. Ако е присутно помалку од потребното, вториот реактант е лимитирачки; инаку е првиот. Еквивалентна кратенка е делење на количеството во молови на секој реактант со неговиот коефициент; најмалиот количник го означува лимитирачкиот реактант.

Двата теста бараат изедначена равенка и количества во молови. Кај три или повеќе реактанти, тестот со количеството производ или кратенката со делење со коефициент е помалку склон кон грешки отколку споредувањето на реактантите во парови.

Решен пример: бакарна жица во раствор на сребро нитрат

Бакарот го потиснува среброто од сребро нитратот: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). Парче бакарна жица од 3.00 g се става во раствор што содржи 8.50 g AgNO₃. Кој реактант е лимитирачки, каква маса сребро може да се формира и колку бакар останува? Моларните маси користат стандардни атомски тежини на IUPAC заокружени на две децимали (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), па AgNO₃ е 169.88 g/mol.

Претворете во молови, носејќи дополнителни цифри: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu и 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. На бакарот би му требале 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, но присутни се само 0.050035 mol, па AgNO₃ е лимитирачки, иако неговата маса е речиси три пати поголема од онаа на бакарот.

Теоретски принос на сребро: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, наведено како 5.40 g. Пресметка заснована на бакарот би предвидела 10.18 g сребро, што не може да се формира бидејќи сребро нитратот се троши први.

Вишок бакар: AgNO₃ троши 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, или 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Преостанат бакар = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, наведено до стотинките бидејќи 3.00 g е познато до стотинките. Масата се зачувува: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, еднакво на 3.00 g + 8.50 g на почетокот.

Теоретски, вистински и процентен принос

Теоретскиот принос е максималното количество производ што може да го формира лимитирачкиот реактант, претпоставувајќи дека реакцијата оди до крај како што е напишана, без споредни реакции и без загуби. Вистинскиот принос е количеството што го изолирате и измерувате. Процентен принос = (вистински принос ÷ теоретски принос) × 100%.

Приносите под 100% се нормални. Реакцијата може да достигне рамнотежа пред да се потроши лимитирачкиот реактант, споредните реакции може да трошат реактанти, а производот се губи при филтрирање, преливање, миење или прекристализација. Принос над 100% за наводно чист производ обично значи дека сè уште содржи растворувач или нечистотии, или дека маса е погрешно запишана. Сфатете го како знак да го исушите и повторно да го измерите, а не како резултат.

Двата приноса мора да ја опишуваат истата супстанција во исти единици. Ако теоретскиот принос е во молови, претворете го и вистинскиот принос во молови, или изразете ги двата во грамови.

Решен пример: процентен принос при синтеза на естер

Изопентил ацетатот, естер со мирис налик на банана, се формира од оцетна киселина и изопентил алкохол (3-метил-1-бутанол): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. Смеса од 6.00 g оцетна киселина и 7.50 g изопентил алкохол дава 8.12 g прочистен естер. Колку е процентниот принос?

Моларни маси (C 12.01, H 1.01, O 16.00): оцетна киселина 60.06 g/mol, изопентил алкохол 88.17 g/mol, естер 130.21 g/mol. Количества: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol киселина и 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol алкохол. Соодносот е 1:1, па алкохолот е лимитирачки, а 0.01484 mol киселина е во вишок. Употребата на еден реактант во вишок е вообичаен начин да се поттикне кон производот реакција ограничена со рамнотежа како оваа.

Теоретски принос = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Процентен принос = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, три значајни цифри од 8.12 g и 7.50 g. Заокружувањето на теоретскиот принос на 11.1 g пред делењето би дало 73.2%, па носете ја незаокружената вредност понатаму.

Процентниот принос функционира и наназад. За да соберете 5.00 g естер при истиот принос од 73.3%, ви треба теоретски принос од 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, што е 0.0524 mol естер. Тоа бара најмалку 0.0524 mol, или 4.62 g, изопентил алкохол, со киселината во вишок.

Грешки со приносот и вишокот реактант на кои треба да внимавате

Повеќето грешки во овие задачи се грешки во поставувањето, а не во аритметиката, па секоја има проверка што не бара повторно решавање на целата пресметка.

По завршувањето, потврдете три работи: лимитирачкиот реактант е избран според моловите, теоретскиот принос потекнува од тој реактант, а процентниот принос е 100% или помал.

• Избор на лимитирачки реактант со споредување на маси. Во примерот со бакарот, лимитирачки беше реактантот со поголема маса.
• Споредување на количества во молови без коефициентите. Поделете го секое количество со неговиот коефициент или пресметајте го производот од секој реактант.
• Пресметување на теоретскиот принос од реактантот во вишок. Теоретскиот принос е секогаш помалото од можните количества производ.
• Наоѓање на преостанатиот вишок со одземање на масата на една супстанција од масата на друга. Пресметајте колку од реактантот во вишок се потрошило, во негови сопствени единици, и одземете го тоа од количеството на истата супстанција што е присутно.
• Замена на вистинскиот и теоретскиот принос во формулата. Процентен принос над 100% за сув, чист производ значи дека нешто не е во ред.
• Заокружување на меѓувредности. Повторете го последниот чекор со незаокружени броеви и видете дали наведените цифри се менуваат.