Как подсчитать процент выхода продукта в химии

В химии теоретический выход – это максимальное количество продукта, которое получается в результате химической реакции. На самом деле большинство реакций не являются идеальными, то есть практический выход продукта всегда меньше теоретического. Чтобы вычислить эффективность реакции, необходимо найти процент выхода продукта по формуле: выход (%) = (практический выход/теоретический выход) x100. Если процент выхода равен 90%, это означает, что реакция эффективна на 90%, а 10% реагентов были потрачены впустую (они не вступили в реакцию или не соединились).

Часть 1

Часть 1 из 3:

Найдите ключевой компонент реакции

Загрузить PDF

1
Начните со сбалансированного химического уравнения. Химическое уравнение включает реагенты (слева от знака равенства) и образующиеся продукты (справа от знака равенства). В некоторых задачах химическое уравнение дано, а в других его надо написать. Во время химической реакции атомы не создаются и не уничтожаются, поэтому у каждого элемента должно быть одинаковое число атомов слева и справа от знака равенства.^{[1]XИсточник информации}
- Например, в результате реакции кислорода и глюкозы образуются углекислый газ и кислород: $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$
  На каждой стороне от знака равенства находятся 6 атомов углерода (C), 12 атомов водорода (H) и 18 атомов кислорода (O). Уравнение сбалансировано.
- Прочитайте эту статью, если в задаче нужно самостоятельно написать сбалансированное уравнение.
2
Найдите молярную массу каждого исходного вещества. Определите молярную массу каждого атома вещества, а затем сложите молярные массы, чтобы вычислить молярную массу всего вещества. Сделайте это для одной молекулы реагента.
- Например, в одной молекуле кислорода ( $O_{2}$ ) два атома кислорода.
- Молярная масса кислорода приблизительно равна 16 г/моль (точное значение посмотрите в таблице Менделеева).
- 2 атома кислорода x 16 г/моль = 32 г/моль $O_{2}$ .
- Молярная масса другого реагента, глюкозы ( $C_{6}H_{12}O_{6}$ ), равна: (6 атомов углерода x 12 г/моль) + (12 атомов водорода x 1 г/моль) + (6 атомов кислорода x 16 г/моль) = 180 г/моль.
3
Преобразуйте массу каждого реагента из граммов в число молей. Теперь рассмотрите реакцию, которую вы собираетесь провести. Запишите массу каждого реагента в граммах. Полученное значение разделите на молярную массу вещества, чтобы преобразовать граммы в число молей.^{[2]XИсточник информации}
- Например, вы взяли 40 г кислорода и 25 г глюкозы.
- 40 г $O_{2}$ / (32 г/моль) = 1,25 моль кислорода.
- 25г $C_{6}H_{12}O_{6}$ / (180 г/моль) ≈ 0,139 моль глюкозы.
4
Найдите молярное соотношение реагентов. Помните, что моль – это величина, которая используется химиками для «подсчета» молекул. Вы определили количество молекул каждого исходного вещества. Разделите число молей одного реагента на число молей другого, чтобы найти молярное соотношение двух реагентов.
- Вы взяли 1,25 моль кислорода и 0,139 моль глюкозы. Молярное соотношение кислорода и глюкозы: 1,25/0,139 = 9. Это означает, что на 1 молекулу глюкозы приходятся 9 молекул кислорода.
5
Найдите оптимальное соотношение реагентов. Вернитесь к сбалансированному уравнению, которое вы записали ранее. С помощью этого уравнения можно определить оптимальное соотношение реагентов, то есть соотношение, при котором оба вещества будут израсходованы одновременно.
- Левая сторона уравнения: $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ . То есть на 1 одну молекулу глюкозы приходятся 6 молекул кислорода. Оптимальное соотношение реагентов: 6 кислород/ 1 глюкоза = 6.
- Не перепутайте вещества, которые находятся в числителе и в знаменателе дроби. Если поделить кислород на глюкозу, а потом глюкозу на кислород, вы получите неправильный результат.
6
Сравните соотношения, чтобы найти ключевой компонент реакции. В химической реакции один реагент расходуется быстрее другого. Такой ключевой реагент определяет скорость химической реакции. Сравните два соотношения, которые вы вычислили, чтобы найти ключевой реагент:^{[3]XИсточник информации}
- Если молярное соотношение больше оптимального, вещества, которое находится в числителе дроби, слишком много. При этом вещество, которое находится в знаменателе дроби, является ключевым реагентом.
- Если молярное соотношение меньше оптимального, вещества, которое находится в числителе дроби, слишком мало и оно является ключевым реагентом.
- В нашем примере молярное соотношение (кислород/глюкоза = 9) больше оптимального соотношения (кислород/глюкоза = 6). Таким образом, вещество, которое находится в знаменателе дроби (глюкоза), является ключевым реагентом.
Реклама

Часть 2

Часть 2 из 3:

Вычислите теоретический выход продукта

Загрузить PDF

1
Определите продукты реакции. В правой части химического уравнения перечислены продукты реакции. Каждый продукт имеет теоретический выход, то есть количество продукта, которое получится в случае идеальной реакции.
- В нашем примере дана реакция $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$ . В правой части уравнения перечислены два вещества: углекислый газ и вода. Вычислите выход углекислого газа ( $CO_{2}$ ).
2
Запишите число молей ключевого реагента. Теоретический выход продукта равен количеству продукта, который получится при идеальных условиях. Чтобы вычислить теоретический выход, начните с числа молей ключевого реагента (читайте предыдущий раздел).
- В нашем примере вы выяснили, что ключевым реагентом является глюкоза. Также вы вычислили, что взяли 0,139 моль глюкозы.
3
Найдите соотношение молекул продукта и реагента. Вернитесь к сбалансированному уравнению. Разделите количество молекул продукта на количество молекул ключевого реагента.
- Сбалансированное уравнение: $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$ . Таким образом, в реакции участвуют 6 молекул продукта (углекислого газа $CO_{2}$ ) и 1 молекула ключевого реагента (глюкозы $C_{6}H_{12}O_{6}$ ).
- Соотношение углекислого газа и глюкозы: 6/1 = 6. Другими словами, в результате реакции из 1 молекулы глюкозы получатся 6 молекул углекислого газа.
4
Умножьте полученное соотношение на количество реагента в молях. Так вы получите теоретический выход продукта (в молях).
- Вы взяли 0,139 моль глюкозы, а отношение углекислого газа к глюкозе равно 6. Теоретический выход углекислого газа: (0,139 моль глюкозы) x (6 моль углекислого газа/1 моль глюкозы) = 0,834 моль углекислого газа.
5
Полученный результат преобразуйте в граммы. Полученное число молей умножьте на молярную массу продукта, чтобы найти теоретический выход в граммах. Эту единицу измерения можно использовать в большинстве экспериментов.
- Например, молярная масса CO₂ приблизительно равна 44 г/моль (молярная масса углерода ≈ 12 г/моль, молярная масса кислорода ≈ 16 г/моль, поэтому 12 + 16 + 16 = 44).
- Перемножьте: 0,834 моль CO₂ x 44 г/моль CO₂ ≈ 36,7 г. Теоретический выход продукта равен 36,7 г CO₂.
Реклама

Часть 3

Часть 3 из 3:

Вычислите процент выхода продукта

Загрузить PDF

1
Уясните, что такое процент выхода. Теоретический выход предполагает, что реакция прошла идеально. На самом деле, идеальных реакций не бывает: нежелательные примеси и другие непредсказуемые проблемы приводят к тому, что часть реагентов не преобразуется в продукт. Поэтому в химии используются три понятия, которые характеризуют выход продукта:
- Теоретический выход – это максимальное количество продукта, которое может получиться в результате реакции.
- Практический выход – это реальное количество продукта, масса которого измеряется на весах.
- Процент выхода = (практический выход/теоретический выход)*100%. Например, если процент выхода равен 50%, это означает, что количество продукта составляет 50% от теоретически возможного.
2
Запишите практический выход продукта. Если вы провели эксперимент самостоятельно, соберите продукт реакции и взвесьте его на весах, чтобы найти его массу. Если перед вами химическая задача или результаты чужого эксперимента, практический выход будет дан.
- Предположим, что в результате реакции вы получили 29 г CO₂.
3
Разделите практический выход на теоретический. Убедитесь, что вы используете одну и ту же единицу измерения для обоих значений (обычно граммы). Результат запишите без единицы измерения.
- Практический выход равен 29 г, а теоретический выход равен 36,7 г: ${\frac {29}{36,7}}=0,79$
4
Результат умножьте на 100, чтобы получить проценты. Так вы вычислите процент выхода продукта.
- 0,79 x 100 = 79, то есть процент выхода продукта равен 79%. Таким образом, в результате реакции получилось 79% от максимально возможного количества CO₂.
Реклама

Советы

Некоторые учащиеся путают процентный выход (количество практического выхода по отношению к теоретическому) с процентной погрешностью (как практический выход отличается от теоретического). Формула для вычисления процента выхода (процентного выхода): (практический выход/теоретический выход)*100%. Чтобы вычислить процентную погрешность, в знаменателе этой формулы нужно записать разность между практическим и теоретическим выходам.
Если вы получили совершенно разные результаты, проверьте единицы измерения. Если практический выход отличается от теоретического на порядок или больше, скорее всего, на каком-то этапе вычислений вы использовали неправильные единицы измерения. Повторите вычисления и следите за единицами измерения.
Если процент выхода больше 100%, и вы уверены в правильности вычислений, продукт имеет нежелательные примеси. Очистите продукт (например, высушите или отфильтруйте его), а затем снова взвесьте.