Vor der Durchführung chemischer Reaktionen ist es hilfreich zu wissen, wie viel Produkt mit bestimmten Mengen an Reaktanten produziert wird. Dies ist als bekannt theoretische Ausbeute. Dies ist eine Strategie zur Berechnung der theoretischen Ausbeute einer chemischen Reaktion. Die gleiche Strategie kann angewendet werden, um die Menge von jedem zu bestimmen Reagens benötigt, um eine gewünschte Menge an Produkt zu produzieren.
Theoretische Ertragsprobenberechnung
10 g Wasserstoffgas werden in Gegenwart von überschüssigem Sauerstoffgas verbrannt, um Wasser zu erzeugen. Wie viel Wasser wird produziert?
Die Reaktion wo Wasserstoffgas kombiniert mit Sauerstoffgas zur Erzeugung von Wasser ist:
H.2(g) + O.2(g) → H.2O (l)
Schritt 1: Stellen Sie sicher, dass Ihre chemische Gleichungen sind ausgeglichene Gleichungen.
Die obige Gleichung ist nicht ausgeglichen. Nach balancierenwird die Gleichung:
2 H.2(g) + O.2(g) → 2 H.2O (l)
Schritt 2: Bestimmen Sie die Molverhältnisse zwischen den Reaktanten und dem Produkt.
Dieser Wert ist die Brücke zwischen dem Reaktanten und dem Produkt.
Das Molverhältnis ist das stöchiometrische Verhältnis zwischen der Menge einer Verbindung und der Menge einer anderen Verbindung in einer Reaktion. Für diese Reaktion werden pro zwei Mol verwendetem Wasserstoffgas zwei Mol Wasser erzeugt. Das Molverhältnis zwischen H.2 und H.2O ist 1 Mol H.2/ 1 mol H.2Ö.
Schritt 3: Berechnen Sie die theoretische Ausbeute der Reaktion.
Es gibt jetzt genug Informationen, um das zu bestimmen theoretische Ausbeute. Verwenden Sie die Strategie:
- Verwenden Sie die Molmasse des Reaktanten, um Gramm Reaktant in Mol Reaktant umzuwandeln
- Verwenden Sie das Molverhältnis zwischen Reaktant und Produkt, um Mol Reaktant in Mol Produkt umzuwandeln
- Verwenden Sie die Molmasse des Produkts zu Molprodukt in Gramm umwandeln des Produkts.
In Gleichungsform:
Gramm Produkt = Gramm Reaktant x (1 Mol Reaktant / Molmasse des Reaktanten) x (Molverhältnis Produkt / Reaktant) x (Molmasse des Produkts / 1 Mol Produkt)
Die theoretische Ausbeute unserer Reaktion wird berechnet mit:
- Molmasse von H.2 Gas = 2 Gramm
- Molmasse von H.2O = 18 Gramm
Gramm H.2O = Gramm H.2 x (1 mol H.2/ 2 Gramm H.2) x (1 mol H.2O / 1 Mol H.2) x (18 g H.2O / 1 Mol H.2Ö)
Wir hatten 10 Gramm H.2 Gas, also:
Gramm H.2O = 10 g H.2 x (1 mol H.2/ 2 g H.2) x (1 mol H.2O / 1 Mol H.2) x (18 g H.2O / 1 Mol H.2Ö)
Alle Einheiten außer Gramm H.2O stornieren, verlassen:
Gramm H.2O = (10 · 1/2 · 1 · 18) Gramm H.2Ö
Gramm H.2O = 90 g H.2Ö
Zehn Gramm Wasserstoffgas mit überschüssigem Sauerstoff produzieren theoretisch 90 Gramm Wasser.
Berechnen Sie den Reaktanten, der benötigt wird, um eine festgelegte Produktmenge herzustellen
Diese Strategie kann zur Berechnung leicht modifiziert werden die Menge der Reaktanten benötigt, um eine festgelegte Menge an Produkt zu produzieren. Lassen Sie uns unser Beispiel leicht ändern: Wie viele Gramm Wasserstoffgas und Sauerstoffgas werden benötigt, um 90 Gramm Wasser zu produzieren?
Wir kennen die Menge an Wasserstoff, die benötigt wird durch das erste Beispiel, aber um die Berechnung durchzuführen:
Gramm Reaktant = Gramm Produkt x (1 Mol Produkt / Molmassenprodukt) x (Molverhältnis Reaktant / Produkt) x (Gramm Reaktant / Molmassenreaktant)
Für Wasserstoffgas:
Gramm H.2 = 90 Gramm H.2O x (1 mol H.2O / 18 g) x (1 mol H.2/ 1 mol H.2O) x (2 g H.2/ 1 mol H.2)
Gramm H.2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) Gramm H.2 Gramm H.2 = 10 g H.2
Dies stimmt mit dem ersten Beispiel überein. Um die benötigte Sauerstoffmenge zu bestimmen, wird das Molverhältnis von Sauerstoff zu Wasser benötigt. Zum jeder Maulwurf Aus dem verwendeten Sauerstoffgas werden 2 Mol Wasser erzeugt. Das Molverhältnis zwischen Sauerstoffgas und Wasser beträgt 1 Mol O.2/ 2 mol H.2Ö.
Das Gleichung für Gramm O.2 wird:
Gramm O.2 = 90 Gramm H.2O x (1 mol H.2O / 18 g) x (1 Mol O.2/ 2 mol H.2O) x (32 g O.2/ 1 mol H.2)
Gramm O.2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) Gramm O.2
Gramm O.2 = 80 g O.2
Zur Herstellung von 90 g Wasser werden 10 g Wasserstoffgas und 80 g Sauerstoffgas benötigt.
Theoretische Ertragsberechnungen sind unkompliziert, solange Sie ausgeglichene Gleichungen haben, um die Molverhältnisse zu finden, die zur Überbrückung der Reaktanten und des Produkts erforderlich sind.
Kurzübersicht über die theoretische Ausbeute
- Gleichen Sie Ihre Gleichungen aus.
- Finden Sie das Molverhältnis zwischen dem Reaktanten und dem Produkt.
- Berechnen Sie mit der folgenden Strategie: Konvertieren Sie Gramm in Mol, verwenden Sie das Molverhältnis, um Produkte und Reaktanten zu überbrücken, und konvertieren Sie dann Mol zurück in Gramm. Mit anderen Worten, arbeiten Sie mit Maulwürfen und rechnen Sie sie dann in Gramm um. Arbeiten Sie nicht mit Gramm und gehen Sie davon aus, dass Sie die richtige Antwort erhalten.
Weitere Beispiele finden Sie in der theoretische Ausbeute arbeitete Problem und Probleme mit chemischen Reaktionen in wässriger Lösung.
Quellen
- Petrucci, R.H., Harwood, W.S. und Herring, F.G. (2002) Allgemeine Chemie, 8. Auflage. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
- Vogel, A. ICH.; Tatchell, A. R.; Furnis, B. S.; Hannaford, A. J.; Smith, P. W. G. (1996) Vogel's Lehrbuch für Praktische Organische Chemie (5. Aufl.). Pearson. ISBN 978-0582462366.
- Whitten, K.W., Gailey, K.D. und Davis, R.E. (1992) Allgemeine Chemie, 4. Auflage. Saunders College Publishing. ISBN 0030723736.