मर्यादक अभिक्रियाकारक आणि टक्केवारी उत्पादन स्पष्टीकरण

कोणता अभिक्रियाकारक संपतो हे ग्रॅम नव्हे तर मोल का ठरवतात

संतुलित समीकरण कण मोजते. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O म्हणजे हायड्रोजनचे दोन रेणू ऑक्सिजनच्या एका रेणूशी अभिक्रिया करतात, किंवा 2 mol ची 1 mol शी. ते ग्रॅमबद्दल थेट काहीही सांगत नाही, कारण वेगवेगळ्या पदार्थांची मोलर वस्तुमाने वेगळी असतात. म्हणून दोन अभिक्रियाकारकांच्या वस्तुमानांची तुलना केल्याने कोणता आधी संपेल हे सांगता येत नाही.

गुणांकांवरून मिळणारे मोल गुणोत्तर पदार्थांमधील विनिमय दरासारखे काम करते. ते वापरण्यासाठी आधी प्रत्येक दिलेले वस्तुमान किंवा आकारमान मोलमध्ये रूपांतरित करा, गुणोत्तर लावा आणि प्रश्नात वस्तुमान विचारले असेल तेव्हाच परत ग्रॅममध्ये रूपांतर करा.

स्वयंपाकघरातील उपमा ही कल्पना दाखवते. प्रत्येक सँडविचसाठी ब्रेडचे 2 स्लाइस आणि चीजचा 1 स्लाइस लागत असेल, तर ब्रेडचे 10 स्लाइस आणि चीजचे 7 स्लाइस फक्त 5 सँडविच बनवतात. ब्रेडचे स्लाइस जास्त असूनही ब्रेड उत्पादन मर्यादित करतो, कारण कृतीमध्ये ब्रेड दुप्पट वेगाने वापरला जातो.

मर्यादक अभिक्रियाकारकासाठी दोन विश्वासार्ह चाचण्या

उत्पादनांचे प्रमाण तुलना करा. प्रत्येक अभिक्रियाकारकासाठी, बाकी सर्व अमर्याद असते तर तो किती उत्पादन बनवू शकला असता ते काढा. जो अभिक्रियाकारक सर्वात कमी उत्पादन देतो तो मर्यादक असतो, आणि ते सर्वात कमी प्रमाण सैद्धांतिक उत्पादन असते. ही चाचणी सर्वात सामान्य पुढचा प्रश्न एकाच वेळी सोडवते.

आवश्यक आणि उपलब्ध यांची तुलना करा. एक अभिक्रियाकारक निवडा, त्याला दुसऱ्या अभिक्रियाकारकाची किती गरज लागेल ते काढा आणि उपस्थित प्रमाणाशी तुलना करा. गरजेपेक्षा कमी उपस्थित असेल तर दुसरा अभिक्रियाकारक मर्यादक आहे; अन्यथा पहिला. समतुल्य शॉर्टकट म्हणजे प्रत्येक अभिक्रियाकारकाचे मोलमधील प्रमाण त्याच्या गुणांकाने भागणे; सर्वात लहान भागाकार मर्यादक अभिक्रियाकारक दर्शवतो.

दोन्ही चाचण्यांना संतुलित समीकरण आणि मोलमधील प्रमाणे लागतात. तीन किंवा अधिक अभिक्रियाकारक असताना उत्पादन-प्रमाण चाचणी किंवा गुणांकाने भागण्याचा शॉर्टकट जोड्यांमध्ये अभिक्रियाकारकांची तुलना करण्यापेक्षा कमी चुकीला वाव देतो.

सोडवलेले उदाहरण: सिल्व्हर नायट्रेट द्रावणातील तांब्याची तार

तांबे सिल्व्हर नायट्रेटमधून चांदीला विस्थापित करते: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). 3.00 g तांब्याच्या तारेचा तुकडा 8.50 g AgNO₃ असलेल्या द्रावणात ठेवला आहे. कोणता अभिक्रियाकारक मर्यादक आहे, चांदीचे किती वस्तुमान बनू शकते आणि तांबे किती शिल्लक राहते? मोलर वस्तुमाने दोन दशांश स्थानांपर्यंत पूर्णांकित केलेले IUPAC प्रमाणित अणुभार (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00) वापरतात, म्हणून AgNO₃ 169.88 g/mol आहे.

अतिरिक्त अंक ठेवून मोलमध्ये रूपांतर करा: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu, आणि 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. तांब्याला 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃ लागले असते, पण फक्त 0.050035 mol उपस्थित आहे, म्हणून AgNO₃ मर्यादक आहे, जरी त्याचे वस्तुमान तांब्याच्या जवळजवळ तिप्पट आहे.

चांदीचे सैद्धांतिक उत्पादन: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, जे 5.40 g असे नोंदवले जाते. त्याऐवजी तांब्यावर गणना आधारित केली असती तर 10.18 g चांदीचा अंदाज आला असता, जे बनू शकत नाही कारण सिल्व्हर नायट्रेट आधी संपते.

अतिरिक्त तांबे: AgNO₃ 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu वापरतो, म्हणजे 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. शिल्लक तांबे = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, जे शतांश स्थानापर्यंत नोंदवले आहे कारण 3.00 g शतांश स्थानापर्यंत ज्ञात आहे. वस्तुमान अक्षय राहते: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, जे सुरुवातीच्या 3.00 g + 8.50 g इतके आहे.

सैद्धांतिक, प्रत्यक्ष आणि टक्केवारी उत्पादन

सैद्धांतिक उत्पादन म्हणजे अभिक्रिया लिहिल्याप्रमाणे पूर्ण होते, कोणत्याही उपअभिक्रिया आणि कोणतेही नुकसान नसते असे गृहीत धरून, मर्यादक अभिक्रियाकारक बनवू शकणारे उत्पादनाचे कमाल प्रमाण. प्रत्यक्ष उत्पादन म्हणजे तुम्ही वेगळे करून मोजलेले प्रमाण. टक्केवारी उत्पादन = (प्रत्यक्ष उत्पादन ÷ सैद्धांतिक उत्पादन) × 100%.

100% पेक्षा कमी उत्पादन सामान्य आहे. मर्यादक अभिक्रियाकारक संपण्यापूर्वी अभिक्रिया समतोलावस्थेत पोहोचू शकते, उपअभिक्रिया अभिक्रियाकारक वापरू शकतात आणि गाळणे, हस्तांतरण, धुणे किंवा पुनःस्फटिकीकरण यादरम्यान उत्पादन गमावले जाते. तथाकथित शुद्ध उत्पादनाचे 100% पेक्षा जास्त उत्पादन सहसा याचा अर्थ त्यात अजून विद्रावक किंवा अशुद्धी आहेत, किंवा एखादे वस्तुमान चुकीचे नोंदवले गेले आहे. त्याला निकाल नव्हे तर वाळवून पुन्हा तोलण्याचा संकेत माना.

दोन्ही उत्पादने एकाच पदार्थाचे आणि एकाच एककांमध्ये वर्णन करणारी असली पाहिजेत. सैद्धांतिक उत्पादन मोलमध्ये असेल तर प्रत्यक्ष उत्पादनही मोलमध्ये रूपांतरित करा, किंवा दोन्ही ग्रॅममध्ये व्यक्त करा.

सोडवलेले उदाहरण: एस्टर संश्लेषणाचे टक्केवारी उत्पादन

आयसोपेंटिल ॲसिटेट, केळ्यासारखा वास असलेला एस्टर, ॲसिटिक आम्ल आणि आयसोपेंटिल अल्कोहोल (3-मिथिल-1-ब्युटेनॉल) पासून बनतो: C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. 6.00 g ॲसिटिक आम्ल आणि 7.50 g आयसोपेंटिल अल्कोहोल यांच्या मिश्रणातून 8.12 g शुद्ध एस्टर मिळतो. टक्केवारी उत्पादन किती?

मोलर वस्तुमाने (C 12.01, H 1.01, O 16.00): ॲसिटिक आम्ल 60.06 g/mol, आयसोपेंटिल अल्कोहोल 88.17 g/mol, एस्टर 130.21 g/mol. प्रमाणे: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol आम्ल आणि 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol अल्कोहोल. गुणोत्तर 1:1 आहे, म्हणून अल्कोहोल मर्यादक आहे आणि 0.01484 mol आम्ल अतिरिक्त आहे. या सारख्या समतोलाने मर्यादित अभिक्रियेला उत्पादनाकडे ढकलण्याचा एक सामान्य मार्ग म्हणजे एक अभिक्रियाकारक अतिरिक्त वापरणे.

सैद्धांतिक उत्पादन = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. टक्केवारी उत्पादन = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, जे 8.12 g आणि 7.50 g मधील तीन सार्थ अंकांवरून येते. भागण्यापूर्वी सैद्धांतिक उत्पादन 11.1 g असे पूर्णांकित केले असते तर 73.2% मिळाले असते, म्हणून पूर्णांकित न केलेले मूल्य पुढे न्या.

टक्केवारी उत्पादन उलट दिशेनेही चालते. त्याच 73.3% उत्पादनावर 5.00 g एस्टर मिळवण्यासाठी तुम्हाला 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g सैद्धांतिक उत्पादन लागते, जे 0.0524 mol एस्टर आहे. त्यासाठी किमान 0.0524 mol, म्हणजे 4.62 g, आयसोपेंटिल अल्कोहोल लागते, आणि आम्ल अतिरिक्त असते.

उत्पादन आणि अतिरिक्त अभिक्रियाकारकाच्या चुका ज्या तपासाव्यात

या प्रश्नांतील बहुतेक चुका गणिताच्या नव्हे तर मांडणीच्या असतात, म्हणून प्रत्येकासाठी अशी तपासणी आहे जिच्यासाठी संपूर्ण गणन पुन्हा करावे लागत नाही.

पूर्ण झाल्यावर तीन गोष्टींची खात्री करा: मर्यादक अभिक्रियाकारक मोलवरून निवडला गेला, सैद्धांतिक उत्पादन त्याच अभिक्रियाकारकापासून आले आणि टक्केवारी उत्पादन 100% किंवा त्याहून कमी आहे.

• वस्तुमानांची तुलना करून मर्यादक अभिक्रियाकारक निवडणे. तांब्याच्या उदाहरणात जास्त वस्तुमानाचा अभिक्रियाकारक मर्यादक होता.
• गुणांकांशिवाय मोलमधील प्रमाणांची तुलना करणे. प्रत्येक प्रमाणाला त्याच्या गुणांकाने भागा, किंवा प्रत्येक अभिक्रियाकारकापासून उत्पादन काढा.
• अतिरिक्त अभिक्रियाकारकावरून सैद्धांतिक उत्पादन काढणे. सैद्धांतिक उत्पादन नेहमी शक्य उत्पादन प्रमाणांपैकी लहान असते.
• एका पदार्थाच्या वस्तुमानातून दुसऱ्याचे वस्तुमान वजा करून शिल्लक अतिरिक्त भाग शोधणे. अतिरिक्त अभिक्रियाकारकापैकी किती वापरला गेला ते त्याच्याच एककांत काढा आणि उपस्थित त्याच पदार्थाच्या प्रमाणातून ते वजा करा.
• सूत्रात प्रत्यक्ष आणि सैद्धांतिक उत्पादन अदलाबदल करणे. कोरड्या, शुद्ध उत्पादनाचे 100% पेक्षा जास्त टक्केवारी उत्पादन म्हणजे काहीतरी चुकले आहे.
• मध्यवर्ती मूल्यांचे पूर्णांकन करणे. शेवटचा टप्पा पूर्णांकित न केलेल्या संख्यांसह पुन्हा करा आणि नोंदवलेले अंक बदलतात का ते पहा.