Voordat u chemische reacties uitvoert, is het handig om te weten hoeveel product er zal worden geproduceerd met bepaalde hoeveelheden reactanten. Dit staat bekend als de theoretische opbrengst. Dit is een strategie om te gebruiken bij het berekenen van de theoretische opbrengst van een chemische reactie. Dezelfde strategie kan worden toegepast om het bedrag van elk te bepalen reagens nodig om een gewenste hoeveelheid product te produceren.
Theoretische opbrengstmonsterberekening
10 gram waterstofgas wordt verbrand in de aanwezigheid van overtollig zuurstofgas om water te produceren. Hoeveel water wordt er geproduceerd?
De reactie waar Hydrogen gas combineert met zuurstofgas om water te produceren is:
H2(g) + O2(g) → H2O (l)
Stap 1: zorg ervoor dat uw chemische vergelijkingen zijn evenwichtige vergelijkingen.
De bovenstaande vergelijking is niet evenwichtig. Na balancerenwordt de vergelijking:
2 uur2(g) + O2(g) → 2 H2O (l)
Stap 2: Bepaal de molverhoudingen tussen de reactanten en het product.
Deze waarde is de brug tussen de reactant en het product.
De molverhouding is de stoichiometrische verhouding tussen de hoeveelheid van een verbinding en de hoeveelheid van een andere verbinding in een reactie. Voor deze reactie wordt voor elke twee mol gebruikt waterstofgas twee mol water geproduceerd. De molverhouding tussen H2 en H2O is 1 mol H2/ 1 mol H2O.
Stap 3: Bereken de theoretische opbrengst van de reactie.
Er is nu voldoende informatie om de theoretische opbrengst. Gebruik de strategie:
- Gebruik de molaire massa reactant om gram reactant om te zetten in mol reactant
- Gebruik de molverhouding tussen reactant en product om mol reactant om te zetten in molproduct
- Gebruik de molaire massa van het product aan zet mol product om in gram van product.
In vergelijkingsvorm:
gram product = gram reactant x (1 mol reactant / mol massa reactant) x (molverhouding product / reactant) x (mol massa product / 1 mol product)
Het theoretische rendement van onze reactie wordt berekend met:
- molaire massa van H2 gas = 2 gram
- molaire massa van H2O = 18 gram
gram H2O = gram H2 x (1 mol H2/ 2 gram H2) x (1 mol H2O / 1 mol H2) x (18 gram H2O / 1 mol H2O)
We hadden 10 gram H2 gas, dus:
gram H2O = 10 g H2 x (1 mol H2/ 2 g H2) x (1 mol H2O / 1 mol H2) x (18 g H2O / 1 mol H2O)
Alle eenheden behalve gram H2O annuleren, verlaten:
gram H2O = (10 x 1/2 x 1 x 18) gram H2O
gram H2O = 90 gram H2O
Tien gram waterstofgas met overmaat zuurstof levert in theorie 90 gram water op.
Bereken de reactant die nodig is om een vaste hoeveelheid product te maken
Deze strategie kan enigszins worden gewijzigd om te berekenen de hoeveelheid reactanten nodig om een bepaalde hoeveelheid product te produceren. Laten we ons voorbeeld een beetje veranderen: hoeveel gram waterstofgas en zuurstofgas zijn er nodig om 90 gram water te produceren?
We weten hoeveel waterstof er nodig is door het eerste voorbeeld, maar om de berekening uit te voeren:
gram reactant = gram product x (1 mol product / mol massa product) x (mol verhouding reactant / product) x (gram reactant / mol massa reactant)
Voor waterstofgas:
gram H2 = 90 gram H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol H2/ 1 mol H2O) x (2 g H2/ 1 mol H2)
gram H2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) gram H2 gram H2 = 10 gram H2
Dit komt overeen met het eerste voorbeeld. Om de benodigde hoeveelheid zuurstof te bepalen, is de molverhouding zuurstof / water nodig. Voor elke mol van het gebruikte zuurstofgas wordt 2 mol water geproduceerd. De molverhouding tussen zuurstofgas en water is 1 mol O2/ 2 mol H2O.
De vergelijking voor gram O2 wordt:
gram O2 = 90 gram H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol O2/ 2 mol H2O) x (32 g O2/ 1 mol H2)
gram O2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) gram O2
gram O2 = 80 gram O2
Om 90 gram water te produceren is 10 gram waterstofgas en 80 gram zuurstofgas nodig.
Theoretische opbrengstberekeningen zijn eenvoudig, zolang je evenwichtige vergelijkingen hebt om de molverhoudingen te vinden die nodig zijn om de reactanten en het product te overbruggen.
Theoretisch rendement Snel overzicht
- Breng uw vergelijkingen in evenwicht.
- Zoek de molverhouding tussen de reactant en het product.
- Bereken met behulp van de volgende strategie: Zet gram om in mol, gebruik de molverhouding om producten en reactanten te overbruggen en zet vervolgens mol terug naar gram. Met andere woorden, werk met moedervlekken en converteer ze vervolgens naar gram. Werk niet met gram en ga ervan uit dat u het juiste antwoord krijgt.
Bekijk voor meer voorbeelden de theoretisch rendement werkte probleem en problemen met voorbeelden van chemische reacties in waterige oplossingen.
Bronnen
- Petrucci, R.H., Harwood, W.S. en Herring, F.G. (2002) Algemene scheikunde, 8e editie. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
- Vogel, A. IK.; Tatchell, A. R.; Furnis, B. S.; Hannaford, A. J.; Smith, P. W. G. (1996) Vogel's leerboek van praktische organische chemie (5e ed.). Pearson. ISBN 978-0582462366.
- Whitten, K.W., Gailey, K.D. en Davis, R.E. (1992) Algemene scheikunde, 4e editie. Saunders College Publishing. ISBN 0030723736.