Загрузить PDF
Загрузить PDF
В химии термин “теоретический выход” используется для описания максимального количества продукта, которое может получиться в результате химической реакции. Сначала следует записать сбалансированное химическое уравнение и определить ключевой компонент реакции. После того как вы измерите количество этого компонента, можно будет рассчитать количество продукта реакции. Это и будет теоретический выход продукта реакции. В реальных экспериментах часть продукта обычно теряется из-за неидеальных условий.
Шаги
-
Начните со сбалансированного уравнения химической реакции. Уравнение реакции подобно рецепту. С левой стороны в нем приведены реагенты, а с правой — продукты реакции. В правильно сбалансированном уравнении химической реакции слева и справа стоит одинаковое число атомов каждого элемента. [1] X Источник информации
- В качестве примера рассмотрим простое уравнение → . Слева и справа стоит по два атома водорода. Однако со стороны реагентов находятся два атома кислорода, и лишь один атом кислорода представлен в виде продукта реакции.
- Чтобы сбалансировать уравнение, умножим на два продукт реакции: → .
- Проверим баланс. Теперь у нас правильное количество атомов кислорода, по два атома с каждой стороны. Однако на этот раз мы имеем два атома водорода слева и четыре атома водорода справа.
- Умножим на два водород в части реагентов. В результате у нас получится → . Теперь мы имеем по четыре атома водорода и по два атома кислорода с каждой стороны уравнения. Таким образом, уравнение сбалансировано.
- В качестве более сложного примера рассмотрим реакцию кислорода и глюкозы с образованием углекислого газа и воды: → . В этом уравнении с каждой стороны стоит 6 атомов углерода (C), 12 атомов водорода (H) и 18 атомов кислорода (O). Уравнение сбалансировано.
- Чтобы узнать более подробно, как балансировать химические уравнения, прочтите эту статью .
-
Рассчитайте молярные массы реагентов. С помощью таблицы Менделеева или справочника определите молярные массы атомов всех элементов, которые входят в участвующие в реакции соединения. Сложите их, чтобы определить молярную массу каждого реагента. Проделайте это для одной молекулы соединения. Рассмотрим еще раз реакцию между кислородом и глюкозой с образованием углекислого газа и воды: → . [2] X Источник информации
- В этом примере одна молекула кислорода ( ) содержит два атома кислорода.
- Молярная масса одного атома кислорода составляет около 16 г/моль. При необходимости можно найти более точное значение.
- 2 атома кислорода x 16 г/моль на атом = 32 г/моль .
- Второй реагент, глюкоза ( ), имеет молярную массу (6 атомов C x 12 г C/моль) + (12 атомов H x 1 г H/моль) + (6 атомов O x 16 г O/моль) = 180 г/моль.
- Более подробно этот шаг описан в статье посчитать молярную массу .
-
Переведите количество каждого реагента из граммов в моли. В реальном эксперименте известны массы реагентов в граммах. Чтобы перевести их в количество молей, поделите массу каждого реагента на его молярную массу. [3] X Источник информации
- Предположим, в реакцию вступают 40 граммов кислорода и 25 граммов глюкозы.
- 40 г / (32 г/моль) = 1,25 моля кислорода.
- 25 г / (180 г/моль) = примерно 0,139 моля глюкозы.
-
Определите соотношение реагентов. Моль используется в химии для того, чтобы по массе вещества определить количество его молекул. Определив количество молей кислорода и глюкозы, вы узнаете, сколько молекул каждого вещества вступает в реакцию. Чтобы найти соотношение между двумя реагентами, поделите число молей одного реагента на количество молей другого реагента. [4] X Источник информации
- В рассматриваемом примере в начале реакции имеется 1,25 моля кислорода и 0,139 моля глюкозы. Таким образом, отношение количества молекул кислорода к числу молекул глюкозы составляет 1,25 / 0,139 = 9,0. Это означает, что молекул кислорода в 9 раз больше, чем молекул глюкозы.
-
Найдите стехиометрическое соотношение реагентов. Посмотрите на сбалансированное уравнение химической реакции. Коэффициенты перед каждой молекулой показывают относительное количество данного вида молекул, необходимое для протекания реакции. Уравнение химической реакции дает так называемое стехиометрическое соотношение реагентов, при котором они будут расходоваться полностью. [5] X Источник информации
- Для данной реакции имеем . Коэффициенты указывают на то, что на каждую молекулу глюкозы требуется 6 молекул кислорода. Таким образом, стехиометрическое соотношение для этой реакции составляет 6 молекул кислорода / 1 молекула глюкозы = 6,0.
-
Сравните соотношения, чтобы найти ключевой компонент реакции. В большинстве химических реакций один из реагентов расходуется раньше остальных. Этот реагент называют ключевым компонентом реакции. Он определяет, как долго будет продолжаться данная реакция и каким будет теоретический выход продукта реакции. Сравните два рассчитанных соотношения, чтобы определить ключевой компонент реакции: [6] X Источник информации
- В рассматриваемом примере начальное количество молей кислорода в 9 раз превышает число молей глюкозы. Согласно уравнению, стехиометрическое отношение кислорода к глюкозе составляет 6:1. Следовательно, у нас имеется больше кислорода, чем требуется, поэтому второй реагент, глюкоза, является ключевым компонентом реакции.
Реклама
-
Посмотрите на уравнение и определите ожидаемый продукт реакции. Правая часть уравнения содержит продукты реакции. Если уравнение сбалансировано, коэффициенты перед каждым продуктом реакции показывают его относительное количество в молях. Они соответствуют теоретическому выходу продуктов реакции в том случае, если взять стехиометрическое соотношение реагентов. [7] X Источник информации
- Вернемся к приведенному выше примеру: → . Справа стоят два продукта реакции: углекислый газ и вода.
- Чтобы вычислить теоретический выход, можно начать с любого продукта реакции. Бывает так, что интересен только определенный продукт. В этом случае лучше начать с него.
-
Запишите количество молей ключевого компонента реакции. Всегда следует сравнивать число молей реагента с количеством молей продукта реакции. Сравнение их масс не даст правильного результата. [8] X Источник информации
- В рассматриваемом примере ключевым компонентом реакции является глюкоза. Расчеты молярной массы показали, что 25 граммов глюкозы соответствуют 0,139 моля.
-
Сравните соотношение молекул продукта и реагента. Вернитесь к сбалансированному уравнению и поделите количество молекул ожидаемого продукта на число молекул ключевого компонента реакции.
- В нашем случае сбалансированное уравнение реакции имеет следующий вид: → . Согласно этому уравнению, на 6 молекул ожидаемого продукта реакции, углекислого газа ( ), приходится 1 молекула глюкозы ( ).
- Отношение углекислого газа к глюкозе составляет 6/1 = 6. Иными словами, в данной реакции из одной молекулы глюкозы получается 6 молекул углекислого газа.
-
Умножьте найденное отношение на количество ключевого компонента реакции в молях. В результате вы получите теоретический выход ожидаемого продукта реакции в молях.
- В рассматриваемом примере 25 граммов глюкозы соответствуют 0,139 моля. Отношение углекислого газа к глюкозе равно 6:1. То есть ожидается, что из каждого моля глюкозы получится шесть молей углекислого газа.
- Теоретический выход углекислого газа составляет (0,139 моля глюкозы) x (6 молей углекислого газа / 1 моль глюкозы) = 0,834 моля углекислого газа.
-
Переведите полученный результат в граммы. Это обратно тому, что вы делали, когда в самом начале вычисляли количество молей реагента. Если известно ожидаемое число молей, достаточно умножить его на молярную массу продукта реакции, чтобы получить его теоретический выход в граммах. [9] X Источник информации
- В нашем примере молярная масса CO 2 составляет около 44 г/моль (молярная масса углерода ~12 г/моль, кислорода ~16 г/моль, в итоге имеем 12 + 16 + 16 = 44).
- Умножьте 0,834 моля CO 2 x 44 г/моль CO 2 = ~36,7 грамма. Таким образом, теоретический выход продукта реакции равен 36,7 грамма CO 2 .
-
При желании проделайте такие же вычисления для других продуктов реакции. Во многих экспериментах интерес представляет лишь один продукт реакции. Однако если вы хотите найти теоретический выход второго продукта, просто повторите вычисления.
- В нашем примере вторым продуктом реакции является вода, . Согласно сбалансированному уравнению реакции, из 6 молекул глюкозы получается 6 молекул воды. Это соответствует соотношению 1:1. Таким образом, если в начале реакции имеется 0,139 моля глюкозы, в конце должно получиться 0,139 моля воды.
- Умножьте количество молей воды на ее молярную массу. Молярная масса воды составляет 2 + 16 = 18 г/моль. В результате получаем 0,139 моля H 2 O x 18 г/моль H 2 O = ~2,50 грамма. Таким образом, в данном эксперименте теоретический выход воды составит 2,50 грамма.
Реклама
Источники
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Balance-Equation.html
- ↑ https://www.boundless.com/chemistry/textbooks/boundless-chemistry-textbook/mass-relationships-and-chemical-equations-3/molar-mass-41/molar-mass-of-compounds-223-7524/
- ↑ http://www.chemteam.info/Stoichiometry/Limiting-Reagent.html
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Balance-Equation.html
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Balance-Equation.html
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/limiting-reagent-stoichiometry/a/limiting-reagents-and-percent-yield
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Balance-Equation.html
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Balance-Equation.html
- ↑ https://www.boundless.com/chemistry/textbooks/boundless-chemistry-textbook/mass-relationships-and-chemical-equations-3/molar-mass-41/molar-mass-of-compounds-223-7524/
Реклама
