Beräkna teoretisk avkastning: 12 steg (med bilder)

Steg
- Del 1 av 2: Bestämning av begränsningsreagens
- Del 2 av 2: Fastställande av teoretiskt utbyte

Teoretiskt utbyte är en term som används inom kemi för den maximala mängd av ett ämne som erhålls som du förväntar dig från en kemisk reaktion. Du börjar med att balansera en reaktionsekvation och definiera det begränsande reagenset. När du mäter mängden reagens du vill använda kan du beräkna mängden av ett ämne som erhålls. Detta är det teoretiska utbytet av ekvationen. I ett verkligt experiment kommer du förmodligen att förlora en del av det eftersom det inte är ett idealiskt experiment.

Steg

Del 1 av 2: Bestämning av begränsningsreagens

1. Börja med en jämviktsreaktion. En reaktionsekvation liknar ett recept. Den visar vilka reagenser (till vänster) som reagerar med varandra för att producera produkter (till höger). En jämviktsreaktion kommer att ha samma antal atomer på vänster sida av ekvationen (som reaktanter) som på höger sida (i form av produkter).

Anta till exempel att vi har den enkla ekvationen $va 2 + O_{2}$ $H_{2}+O_{2}$ → $va 2 O$ $H_{2}O$ . Det finns två väteatomer till vänster och höger. Men det finns två syreatomer som reaktant till vänster och bara en atom som produkt till höger.
För att balansera ekvationen dubblar vi produkten och vi får $va 2 + O_{2}$ $H_{2}+O_{2}$ → $2 va 2 O$ $2H_{2}O$ .
Kontrollera balansen. Denna förändring har fått syret att slå, eftersom det nu har två atomer på båda sidor. Men du har nu två väteatomer till vänster med fyra väteatomer till höger.
Dubbla vätet i reagenset. Detta gör ekvationen $2 va 2 + O_{2}$ $2H_{2}+O_{2}$ → $2 va 2 O$ $2H_{2}O$ . Denna förändring har nu resulterat i fyra väteatomer och två syreatomer på vardera sidan. Ekvationen är i jämvikt.
Ett mer komplicerat exempel: syre och glukos kan reagera och bilda koldioxid och vatten: $6 O 2 + C_{6} {va}_{12} O_{6}$ $6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ → $6 C O 2 + 6 {va}_{2} O$ $6CO_{2}+6H_{2}O$
I denna ekvation har varje sida exakt 6 kolatomer (C), 12 väteatomer (H) och 18 syreatomer (O). Ekvationen är i jämvikt.
Läs den här artikeln om du vill kontrollera reaktionsekvationerna mer noggrant.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 2

2. Beräkna molmassan för varje reaktion. Använd det periodiska systemet eller annan referensbok, hitta molmassan för varje atom i varje förening. Lägg dem tillsammans för att hitta molmassan för varje förening av reaktanter. Gör detta för en enda molekyl av kompositionen. Ta en ny titt på ekvationen för omvandlingen av syre och glukos till koldioxid och vatten:

6 O 2 + C_{6} {va}_{12} O_{6}

$6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ →

6 C O 2 + 6 {va}_{2} O

$6CO_{2}+6H_{2}O$

I det här exemplet innehåller en syremolekyl (

O 2

$O_{2}$ ) två syreatomer.

Molmassan för en syreatom är cirka 16 g/mol. Vid behov kan du beräkna mer exakta värden.

2 syreatomer x 16 g/mol per atom = 32 g/mol

O 2

$O_{2}$ .

Det andra reagenset, glukos (

C 6 {va}_{12} O_{6}

$C_{6}H_{{12}}O_{6}$ ) har en molmassa på (6 C x 12 g C/mol) + (12 H x 1 g H/mol) + (6 O x 16 g O/mol) = 180 g/mol.

Om du vill se det här steget mer i detalj, läs Beräknar molmassa.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 3

3. Konvertera mängden av varje reagens från gram till mol. För ett verkligt experiment kommer massan i gram av varje reagens du använder att vara känd. Dividera detta värde med den molära massan av det ämnet som omvandling till antalet mol.

Anta till exempel att du börjar med 40 gram syre och 25 gram glukos.

40 g

O 2

$O_{2}$ / (32 g/mol) = 1,25 mol syre.

25g

C 6 {va}_{12} O_{6}

$C_{6}H_{{12}}O_{6}$ / (180 g/mol) = ca 0,139 mol glukos.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 4

4. Bestäm molförhållandet för reaktanterna. En mullvad är ett beräkningsverktyg som används inom kemi för att räkna molekyler baserat på deras massa. Genom att bestämma molen av både syre och glukos vet du hur många molekyler av varje du börjar med. För att hitta förhållandet mellan de två, dividera molerna av en reaktant med den andras.

I följande exempel börjar du med 1,25 mol syre och 0,139 mol glukos. Så förhållandet mellan syre- och glukosmolekyler är 1,25/0,139 = 9,0. Detta förhållande betyder att du har nio gånger så många syremolekyler som glukos.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 5

5. Bestäm det ideala förhållandet för reaktionen. Titta på jämviktsreaktionen. Koefficienterna för varje molekyl talar om förhållandet mellan molekylerna du behöver för att reaktionen ska inträffa. Om du använder exakt det förhållande som ges av formeln, bör båda reaktanterna användas lika.

För denna reaktion ges reaktanterna som

6 O 2 + C_{6} {va}_{12} O_{6}

$6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ . Koefficienterna indikerar att du behöver sex syremolekyler för varje glukosmolekyl. Det ideala förhållandet för denna reaktion är 6 syre / 1 glukos = 6,0.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 6

6. Jämför förhållandena för att hitta det begränsande reagenset. I de flesta kemiska reaktioner kommer en av reaktanterna att förbrukas snabbare än den andra. Det reagens som används först kallas det begränsande reagenset. Detta begränsande reagens avgör hur länge den kemiska reaktionen kan fortsätta och det teoretiska utbytet du kan förvänta dig. Jämför de två förhållandena du beräknade för att bestämma begränsningsreagenset:

I följande exempel börjar du med nio gånger så mycket syre som glukos, mätt med antalet mol. Formeln säger att ditt ideala förhållande är sex gånger så mycket syre till glukos. Så du behöver mer syre än glukos. Så det andra reagenset, glukos i detta fall, är det begränsande reagenset.

Del 2 av 2: Fastställande av teoretiskt utbyte

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 7

1. Se kommentaren för att hitta önskad produkt. Den högra sidan av en kemisk ekvation visar de produkter reaktionen producerar. Om reaktionen är balanserad, anger koefficienterna för varje produkt hur många av varje molekylärt förhållande man kan förvänta sig. Varje produkt har en teoretisk avkastning, eller den mängd produkt du kan förvänta dig när reaktionen är helt klar.

Om du fortsätter med exemplet ovan analyserar du reaktionen $6 O 2 + C_{6} {va}_{12} O_{6}$ $6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ → $6 C O 2 + 6 {va}_{2} O$ $6CO_{2}+6H_{2}O$ . De två produkterna till höger är koldioxid och vatten.
Du kan börja med endera produkten om du vill beräkna den teoretiska avkastningen. I vissa fall är det möjligt att du bara är intresserad av en av de två produkterna. I så fall är det den du ska börja med.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 8

2. Skriv ner molen av ditt begränsande reagens. Du bör alltid jämföra antalet mol av begränsande reagens med antalet mol av en produkt. Om du försöker jämföra massan på var och en får du inte rätt resultat.

I exemplet ovan är glukos det begränsande reagenset. Enligt molmassaberäkningarna är de första 25 g glukos lika med 0,139 mol glukos.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning Steg 9

3. Jämför förhållandet mellan molekylerna i produkten och reagenset. Återgå till jämviktsreaktionen. Dela antalet molekyler av din önskade produkt med antalet molekyler i ditt begränsande reagens.

Jämviktsreaktionen för detta exempel är

6 O 2 + C_{6} {va}_{12} O_{6}

$6O_{2}+C_{6}H_{{12}}O_{6}$ →

6 C O 2 + 6 {va}_{2} O

$6CO_{2}+6H_{2}O$ . Denna ekvation säger att du kan förvänta dig sex molekyler av den önskade produkten, koldioxid (

C O 2

$CO_{2}$ ), och en molekyl glukos (

C 6 {va}_{12} O_{6}

$C_{6}H_{{12}}O_{6}$ ).

Förhållandet mellan koldioxid och glukos är 6/1 = 6. Med andra ord kan denna reaktion producera sex molekyler koldioxid från en molekyl glukos.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning steg 10

4. Multiplicera detta förhållande med antalet mol av det begränsande reagenset. Svaret är det teoretiska utbytet, i mol, av den önskade produkten.

I det här exemplet är de 25 g glukos lika med 0,139 mol glukos. Förhållandet mellan koldioxid och glukos är 6:1. Du förväntar dig att kunna producera sex gånger så många mol koldioxid som de mol glukos du började med.

Det teoretiska utbytet av koldioxid är (0,139 mol glukos) x (6 mol koldioxid/mol glukos) = 0,834 mol koldioxid.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning steg 11

5. Konvertera resultatet till gram. Detta är motsatsen till ditt föregående steg för att beräkna antalet mol eller mängden reagens. Om du vet hur många mol du kan förvänta dig, multiplicera det med produktens molmassa för att bestämma det teoretiska utbytet i gram.

I följande exempel är den molära massan av CO₂ ca 44 g/mol. (Den molära massan av kol är ~12 g/mol och av syre ~16 g/mol, så totalsumman är 12 + 16 + 16 = 44).

Multiplicera 0,834 mol CO₂ x 44 g/mol CO₂ = ~36,7 gram. Det teoretiska utbytet av experimentet är 36,7 gram CO₂.

Bild med titeln Beräkna teoretisk avkastning steg 12

6. Upprepa beräkningen för den andra produkten, om så önskas. I många experiment kanske du bara är intresserad av effektiviteten hos en viss produkt. Om du vill veta det teoretiska utbytet av båda produkterna behöver du bara upprepa processen.

I detta exempel är vatten den andra produkten

va 2 O

$H_{2}O$ . Enligt jämviktsreaktionen kan du förvänta dig sex molekyler vatten från en glukosmolekyl. Detta är ett förhållande på 6:1. Så 0,139 mol glukos borde resultera i 0,834 mol vatten.

Multiplicera molerna vatten med molmassan vatten. Molmassan är 2 + 16 = 18 g/mol. Multiplicerat med produkten resulterar detta i 0,139 mol H₂O x 18 g/mol H₂O = ~2,50 gram. Det teoretiska utbytet av vatten i detta experiment är 2,50 gram.

"Beräkna teoretisk avkastning"

Beräkna reaktionsutbytet

Beräkna molekylmassa

Beräkna partialtrycket

Beräkna skärningspunkten mellan två linjer

Оцените, пожалуйста статью