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화학에서, 이론적 수득률 이란 화학식에 기초하여 화학반응에 의해 생성될 수 있는 최대 반응 생성량을 말합니다. 실질적으로는, 대부분의 반응들은 완벽하게 효율적이지 않습니다. 실험을 해보면, 더 적은 생성량을 얻거나 실질적 수득률 이 훨씬 낮습니다. 반응의 효율성을 표현하고 싶다면, 이 공식을 이용하여 퍼센트 수득률 을 구해보세요 : %수득률 = (실제 생성량/이론적 생성량) x 100 . 90% 퍼센트 생성량이란 90% 효율적이고 10%의 재료가 낭비되었다는 뜻입니다.(반응하지 못했거나, 생성물을 얻지 못했다는 뜻입니다)
단계
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화학 반응식 계수 맞추기 . 화학 반응식은 반응물(왼쪽)이 생성물(오른쪽)을 생성하는 반응을 설명합니다. 어떤 문제들은 이 식이 주어질 겁니다. 하지만 어떤 문제들은 단어를 적는 것처럼 당신이 직접 식을 적어야 하는 경우가 있습니다. 원자들은 화학반응으로 생성되거나 파괴되지 않기 때문에, 오른쪽과 왼쪽에 있는 각 원소의 수는 동일해야 합니다. [1] X 출처 검색하기
- 예를 들어, 산소와 글루코스는 반응하여 이산화탄소와 물을 생성합니다:
→
각 식에는 정확히 6개의 탄소 원자(C), 12개의 수소원자(H), 그리고 18개의 산소원자(O)가 존재해야 합니다. 이래야 반응식 균형이 맞습니다. - 가이드를 읽어보세요. 반응식을 직접 세워야 한다면 읽어보세요.
- 예를 들어, 산소와 글루코스는 반응하여 이산화탄소와 물을 생성합니다:
→
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각 반응물의 몰 질량을 계산하세요. 합성물 각 원자의 몰 질량을 찾아보세요. 그런 뒤, 그 값을 모두 더하여 합성물의 몰 질량을 찾으세요. 각 분자를 계산하세요.
- 예를 들어, 산소 분자 1개는 ( ) 2개의 산소 원자를 가집니다.
- 산소의 몰 질량은 16 g/mol입니다. (주기율표에서 더 정확한 값을 찾을 수 있어요.)
- 2 산소 원자 x 각 원자 당 16 g/mol = 32 g/mol 의 .
- 다른 반응물, 글루코스( )의 몰 질량은 (6개의 C x 12 g C/mol) + (12 개의 H x 1 g H/mol) + (6 개의 O x 16 g O/mol) = 180 g/mol.
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각 반응물의 양을 그램에서 몰로 바꾸세요. 당신이 공부하고자 하는 실험 반응을 살펴봅시다. 각 반응물의 양을 그램으로 표시하세요. 이 값을 분자의 몰 질량으로 나눠 몰 수의 양으로 바꾸세요. [2] X 출처 검색하기
- 예를 들어, 40그램의 산소 그리고 25그램의 글루코스로 시작했다고 합니다.
- 40 g / (32 g/mol) = 산소 1.25 mole
- 25g / (180 g/mol) = 약 0.139 moles 의 글루코스
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반응 비율 찾기. 몰이란 어떤 물질을 정확한 수만큼 모아 놓은 양입니다. 원자, 이온, 전자, 또는 분자 등의 기본적 독립체 6.022 X 10^23 개로 이루어져 있어요. 처음 반응물이 몇 개 인지 이제 알아냈습니다. 한 반응물의 몰 수로 다른 반응물들의 몰 수를 나눠 다른 2개의 분자 반응 비율을 알아냅시다.
- 산소 1.25몰과 0.139몰의 글루코스로 시작해봅시다. 산소 대 글루코스 분자 비율은 1.25/ 0.139 = 9.0 입니다. 이 뜻은 처음에 9개의 산소 분자가 1개의 글루코스와 반응한다는 뜻입니다.
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반응을 위한 이상적인 비율을 찾으세요. 위에서 적은 반응식으로 돌아가 봅시다. 이 반응식은 분자들의 이상적인 비율을 말해줍니다: 이 비율을 이용하면 모든 반응물들이 동시에 소비될 겁니다.
- 반응식의 왼쪽 . 계수를 읽어보면 산소 분자 6개 그리고 글루코스 분자 1개입니다. 이 반응의 이상적인 비율은 산소 6개 / 글루코스 1개 = 6.0.
- 다른 비율을 사용했을 때처럼 반응물 리스트를 알맞게 잘 나열했는지 확인하세요. 산소/글루코스 값을 다르게 사용하면 다음 결과 값이 잘못된 값으로 나올 수 있어요.
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각 비율들을 비교하여 제한물질을 찾으세요. 화학 반응에서는, 어떤 반응물들은 다른 반응물들이 모두 소비되기 전에 모두 소비되기도 합니다. 생성물의 양은 이런 시약에 의해 반응이 한정됩니다. 위에서 계산한 두 개의 비율을 비교한 뒤 어떤 것이 제한물질인지 판단해보세요 : [3] X 출처 검색하기
- 실제 비율이 이상적 비율보다 크다면 , 위 반응 물질의 양이 필요량보다 많다는 뜻입니다. 밑의 반응물 비율이 제한 반응을 합니다.
- 실제 비율이 이상적 비율보다 작다면 , 위의 반응물이 적당량 존재하지 않으며 이 반응물이 제한물질이라는 뜻입니다.
- 위의 예제를 통해, 산소/글루코스 (9.0)의 실제 비율이 이상 비율(6.0)보다 높다는 것을 확인했습니다. 아래에 있는 반응물인 글루코스가 제한물질이라는 뜻이죠.
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당신이 얻고자하는 생성물이 무엇인지 알아내세요. 화학 반응식의 오른쪽에는 반응으로 인해 생겨난 생성물들이 써져 있어요. 각 생성물은 이론적 수득률을 가지고 있습니다. 반응이 완벽히 효율적으로 일어난다면 얻을 수 있는 생성물의 양을 나타냅니다.
- 위의 예제를 계속 풀어봅시다. 화학 반응식 → . 오른쪽에는 2개의 생성물이 있습니다, 이산화탄소와 물이 있습니다. 이산화탄소, 의 수득률을 알아봅시다.
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제한물질 반응물의 몰 수를 적으세요. 이 실험의 이론적 수득률은 완벽한 조건에서 얻을 수 있는 생성물의 양입니다. 이 값을 계산하기 위해서는 제한물질의 몰 수를 알아야 합니다.(이 과정은 위의 제한물질 찾는 설명을 통해 해결 가능해요) [4] X 출처 검색하기
- 위의 예제를 통해 우리는 글루코스가 제한물질이라는 것을 알아냈습니다. 글루코스 0.139몰의 양으로 계산을 시작했어요.
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반응물과 생성물 분자 비율을 찾으세요. 반응식으로 돌아가 봅시다. 당신이 원하는 생성물의 분자 수를 제한물질 분자 수로 나누세요. [5] X 출처 검색하기
- 반응식은 → 입니다. 원하는 생성물의 분자 수는 6 이며 이것은 이산화탄소 ( ) 입니다. 제한물질은 분자 1 개인 글루코스 ( )입니다.
- 이산화탄소와 글루코스 비율은 6/1 =6입니다. 다른 말로, 반응으로 이산화탄소 6개와 글루코스 1개가 생성됩니다.
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이 비율을 반응물의 몰 수량과 곱하세요. 나오는 답은 이론적으로 얻을 수 있는 생성물의 몰 수입니다.
- 0.139몰의 글루코스로 시작했으며 이산화탄소 대 글루코스 비율이 6입니다. 이산화탄소의 이론적 수득률은 (01.39몰 글루코스) x (6몰 이산화탄소 / 1몰 글루코스) = 0.834 몰의 이산화탄소입니다.
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결과 값을 그램으로 바꾸세요. 구한 답을 그 분자의 몰 질량과 곱하여 이론적 수득률을 그램으로 구하세요. 보통 실험을 할 때 편하게 쓰이는 단위입니다.
- 예를 들어, CO 2 의 몰 질량은 44 g/mol 입니다. (탄소의 몰 질량은 ~12 g/mol 산소는 ~16 g/mol, 그러므로 총 12 + 16 + 16 = 44.)
- 곱하세요. 0.834 moles CO 2 x 44 g/mol CO 2 = ~36.7 grams. 이 실험의 CO 2 이론적 수득량은 36.7 grams입니다.
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퍼센트 수득률에 대해 이해하기. 이론적 수득률은 모든 것이 완벽히 효율적으로 진행되었을 시를 가정합니다. 실제 실험에서는 그런 일은 거의 불가능합니다 : 다른 이물질이나 예상치 못한 문제들로 인해 어떤 반응물들은 생성물로 반응하지 않을 수 있어요. 그렇기 때문에 화학자들은 수득률에 대해 3가지 다른 개념을 이용합니다. [6] X 출처 검색하기
- 이론적 수득률이란 실험을 통해 얻을 수 있는 최대의 생상량입니다.
- 실제 수득률은 저울을 통해 측정된, 실제로 생성된 양입니다.
- 퍼센트 수득률 = . 예를 들어, 퍼센트 수득률 50퍼센트란, 이론 수득률의 50퍼센트를 얻었다는 뜻입니다.
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실험으로 나온 실제 수득률을 적으세요. 실험을 혼자 진행하였다면 순수 생성물을 추려내 저울에 올려 놓은 뒤 질량을 찾아내세요. 숙제를 하고 있거나 다른 사람의 노트를 사용하고 있다면 실제 수득률이 아마 적혀져 있을 겁니다. [7] X 출처 검색하기
- 실제 반응 수득률이 29 grams 의 CO 2 이라고 합시다.
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실제 수득률을 이론 수득률 값으로 나누세요. 두 값이 모두 같은 단위인가 확인하세요 (보통 그램입니다.) 답은 단위가 없는 비율로 나와야 합니다. [8] X 출처 검색하기
- 실제 수득률은 29 grams이고, 이론적 수득률은 36.7 grams입니다. .
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이 값을 100과 곱하여 퍼센트로 고치세요. 답은 퍼센트 수득률입니다.
- 0.79 x 100 = 79, 실험의 퍼센트 수득률은 79%입니다. 최대 산출될 수 있는 양의 79%의 CO 2 가 생성되었습니다.
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팁
- 어떤 학생들은 퍼센트 수득률 (최대 얻을 수 있는 양 중 얼마나 얻었는지)과 퍼센트 에러 (기대 값과 실험 값이 얼마나 오차가 많이 났는가)와 혼동하기도 합니다. 알맞은 퍼센트 수득률 식은 입니다. 뒤에 나온 두 개의 수득률들을 공식에서 빼면 퍼센트 에러 공식이 됩니다.
- 완전히 다른 결과가 나왔다면, 단위를 확인하세요. 실제 수득률이 이론적 수득률과 너무나 큰 차이가 난다면 아마도 계산 중 단위를 잘못 사용해서 그런걸 겁니다. 계산을 반복하고 각 단계를 검토하여 단위를 확인해보세요.
- 퍼센트 수득률이 100%보다 크다면( 그리고 당신의 계산이 맞다면), 다른 물질이 당신의 생성물을 오염시켰을 겁니다. 생성물을 잘 정제한 뒤( 말리거나 필터링하기), 다시 무게 달아보세요.
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출처
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Balance-Equation.html
- ↑ http://www.chemteam.info/Stoichiometry/Limiting-Reagent.html
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/limiting-reagent-stoichiometry/a/limiting-reagents-and-percent-yield
- ↑ http://www.softschools.com/formulas/chemistry/theoretical_yield_formula/133/
- ↑ https://www.bbc.com/bitesize/guides/zqcjsrd/revision/1
- ↑ https://www.bbc.com/bitesize/guides/z3n64qt/revision/2
- ↑ https://sciencing.com/how-to-calculate-percent-yield-13710472.html
- ↑ https://www.ajdesigner.com/phppercentyield/percent_yield_equation.php
이 위키하우에 대하여
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