Hur man beräknar procentavkastning i kemi: 15 steg

I kemi, teoretiskt utbyte är den maximala mängden produkt som en kemisk reaktion skulle kunna skapa baserat på kemiska ekvationer. I verkligheten är de flesta reaktioner inte helt effektiva. Om du utför experimentet kommer du att hamna med en mindre mängd, aktuell utbyte. För att uttrycka effektiviteten i en reaktion kan du beräkna Procentavkastning med hjälp av denna formel: % utbyte = (faktiskt utbyte / teoretiskt utbyte) x 100. Ett procentavkastning av 90% betyder att reaktionen var 90% effektiv, och 10% av materialen slösades bort (de misslyckades med att reagera, eller deras produkter var inte fångade).

Steg

Del 1 av 3:

Hitta den begränsande reaktanten

Börja med en balanserad kemisk ekvation. En kemisk ekvation beskriver reaktanterna (på vänster sida) som reagerar för att bilda produkter (på höger sida). Vissa problem kommer att ge dig denna ekvation, medan andra ber dig att skriva ut dig själv, till exempel för ett ordproblem. Eftersom atomer inte skapas eller förstörs under en kemisk reaktion, ska varje element ha samma antal atomer på vänster och höger sida.

Till exempel kan syre och glukos reagera för att bilda koldioxid och vatten: $6 O 2 + C_{6} H_{12} O_{6}$ $6O_ {2} + C_ {6} h _ {{12}} O_ {6}$ → $6 C O 2 + 6 H_{2} O$ $6CO_ {2} + 6H_ {2} o$
Varje sida har exakt 6 kol (C) atomer, 12 väte (H) atomer och 18 syre (O) atomer. Ekvationen är balanserad.
Läs den här guiden Om du blir ombedd att balansera en ekvation själv.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 2

Beräkna den molära massan av varje reaktant. Slå upp den molära massan av varje atom i föreningen, lägg sedan ihop dem för att hitta den molära massan av den föreningen. Gör detta för en enda molekyl av föreningen.

Till exempel 1 molekyl av syre (

O 2

$O_ {2}$ ) innehåller 2 syreatomer.

Syre molarmassa är ca 16 g / mol. (Du kan hitta ett mer exakt värde på ett periodiskt bord.)

2 syreatomer x 16 g / mol per atom = 32 g / mol av

O 2

$O_ {2}$ .

Den andra reaktanten, glukos (

C 6 H_{12} O_{6}

$C_ {6} h _ {{12}} O_ {6}$ ) har en molarmassa av (6 atomer C x 12 g c / mol) + (12 atomer h x 1 g h / mol) + (6 atomer ox 16 g O / mol) = 180 g / mol.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 3

3. Konvertera mängden av varje reaktant från gram till mol. Nu är det dags att titta på det specifika experimentet du studerar. Skriv ner mängderna av varje reaktant i gram. Dela detta värde av den föreningens molära massa för att omvandla mängden till mol.

Till exempel, säg att du började med 40 gram syre och 25 gram glukos.

40 g

O 2

$O_ {2}$ / (32 g / mol) = 1.25 mol syre.

25g

C 6 H_{12} O_{6}

$C_ {6} h _ {{12}} O_ {6}$ / (180 g / mol) = ca 0.139 mol glukos.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 4

4. Hitta förhållandet mellan dina reaktioner. En mol är ett exakt antal för mängden av ett ämne och det är lika med 6.022 gånger 10 till de 23: e kraftelementet, som kan vara atomer, joner, elektroner eller molekyler.Du vet nu hur många molekyler av varje reaktant du började med. Dela molen av 1 reaktant med molerna av den andra för att hitta förhållandet mellan de 2 molekylerna.

Du började med 1.25 mol syre och 0.139 mol glukos. Förhållandet mellan syre till glukosmolekyler är 1.25/0.139 = 9.0. Detta innebär att du började med 9 molekyler av syre för varje 1 molekyl av glukos.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 5

5. Hitta det ideala förhållandet för reaktionen. Gå tillbaka till den balanserade ekvationen du skrev ner tidigare. Denna balanserade ekvation berättar det ideala förhållandet mellan molekyler: Om du använder det här förhållandet, kommer båda reaktanterna att användas samtidigt.

Den vänstra sidan av ekvationen är

6 O 2 + C_{6} H_{12} O_{6}

$6O_ {2} + C_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ . Koefficienterna berättar att det finns 6 syremolekyler och 1 glukosmolekyl. Det ideala förhållandet för denna reaktion är 6 syre / 1 glukos = 6.0.

Se till att du listar reaktanterna i samma ordning som du gjorde för det andra förhållandet. Om du använder syre / glukos för 1 och glukos / syre till den andra, kommer ditt nästa resultat att vara fel.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 6

6. Jämför förhållandena för att hitta den begränsande reaktanten. I en kemisk reaktion används 1 av reaktanterna före de andra. Mängden produkt som skapas i reaktionen är begränsad av reagenset.Jämför de 2 förhållanden du beräknat för att identifiera den begränsande reaktanten:

Om det faktiska förhållandet är större än det ideala förhållandet, då har du mer av den bästa reaktanten än du behöver. Bottenreaktanten i förhållandet är den begränsande reaktanten.

Om det faktiska förhållandet är mindre Än det ideala förhållandet har du inte tillräckligt med toppreaktanten, så det är den begränsande reaktanten.

I exemplet ovan är det faktiska förhållandet mellan syre / glukos (9.0) är större än det ideala förhållandet (6.0). Den nedre reaktanten, glukosen, måste vara den begränsande reaktanten.

Del 2 av 3:

Beräkning av teoretiskt utbyte

1. Identifiera din önskade produkt. Den högra sidan av en kemisk ekvation listar de produkter som skapats av reaktionen. Varje produkt har ett teoretiskt utbyte, vilket innebär att mängden produkt du förväntar dig att få om reaktionen är helt effektiv.

Fortsätter exemplet ovan analyserar du reaktionen $6 O 2 + C_{6} H_{12} O_{6}$ $6O_ {2} + C_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ → $6 C O 2 + 6 H_{2} O$ $6CO_ {2} + 6H_ {2} o$ . Höger sida listar 2 produkter, koldioxid och vatten. Låt oss beräkna utbytet av koldioxid, $C O 2$ $Co_ {2}$ .

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 8

2. Skriv ner antalet mol av din begränsande reaktant. Det teoretiska utbytet av ett experiment är mängden produkt som skapats under perfekta förhållanden. För att beräkna detta värde, börja med mängden begränsande reaktant i mol. (Denna process beskrivs ovan i instruktionerna för att hitta den begränsande reaktanten.)

I exemplet ovan upptäckte du att glukos var den begränsande reaktanten. Du beräknade också att du började med 0.139 mol glukos.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 9

3. Hitta förhållandet mellan molekyler i din produkt och reaktant. Återvända till den balanserade ekvationen. Dela antalet molekyler av din önskade produkt med antalet molekyler av din begränsande reaktant.

Din balanserade ekvation är

6 O 2 + C_{6} H_{12} O_{6}

$6O_ {2} + C_ {6} h _ {{12}} o_ {6}$ →

6 C O 2 + 6 H_{2} O

$6CO_ {2} + 6H_ {2} o$ . Det finns 6 Molekyler av din önskade produkt, koldioxid (

C O 2

$Co_ {2}$ ). Det finns 1 molekyl av din begränsande reaktant, glukos (

C 6 H_{12} O_{6}

$C_ {6} h _ {{12}} O_ {6}$ ).

Förhållandet mellan koldioxid till glukos är 6/1 = 6. Med andra ord kan denna reaktion producera 6 molekyler koldioxid från 1 molekyl av glukos.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 10

4. Multiplicera förhållandet genom reaktantens kvantitet i mol. Svaret är det teoretiska utbytet av den önskade produkten i mol.

Du började med 0.139 mol glukos och förhållandet koldioxid till glukos är 6. Det teoretiska utbytet av koldioxid är (0.139 mol glukos) x (6 mol koldioxid / mol glukos) = 0.834 mol koldioxid.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 11

5. Konvertera resultatet till gram. Multiplicera ditt svar i mol av molmassa av den föreningen för att hitta det teoretiska utbytet i gram. Detta är en mer bekväm enhet att använda i de flesta experiment.

Till exempel den molära massan av CO₂ är ca 44 g / mol. (Kols molarmassa är ~ 12 g / mol och syre är ~ 16 g / mol, så totalen är 12 + 16 + 16 = 44.)

Multiplicera 0.834 mol CO₂ x 44 g / mol co₂ = ~ 36.7 gram. Det teoretiska utbytet av experimentet är 36.7 gram co₂.

Del 3 av 3:

Beräkning av procentavkastning

1. Förstå procentavkastning. Det teoretiska avkastningen du beräknat förutsätter att allt gick perfekt. I ett verkligt experiment händer det aldrig: föroreningar och andra oförutsägbara problem innebär att vissa av dina reaktanter kommer att misslyckas med att konvertera till produkten. Därför använder kemister 3 olika begrepp för att referera till avkastning:

Det teoretiska utbytet är den maximala produkten som experimentet kan göra.
Det faktiska utbytet är det faktiska beloppet du skapade, mätt direkt på en skala.
Procentavkastningen = $A c t du a l Y jag e l d T h e o r e t jag c a l Y jag e l d * 100 %$ ${ frac {actyteyield} {teoreticalyield}} * 100 %$ . Ett procentavkastning på 50% betyder till exempel att du hamnade med 50% av det teoretiska maximala.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 13

2. Skriv ner det faktiska utbytet av experimentet. Om du själv utförde experimentet, samla den renade produkten från din reaktion och väga den i en balans för att beräkna sin massa. Om du arbetar med ett läxproblem eller någon annans anteckningar, ska det faktiska avkastningen listas.

Låt oss säga att vår faktiska reaktion ger 29 gram co₂.

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 14

3. Dela det faktiska avkastningen med det teoretiska avkastningen. Se till att du använder samma enheter för båda värdena (vanligtvis gram). Ditt svar kommer att vara ett enhetslöst förhållande.

Det faktiska utbytet var 29 gram, medan det teoretiska utbytet var 36.7 gram.

29 g 36.7 g = 0.79

${ frac {29g} {36.7g}} = 0,79$ .

Bild med titeln Beräkna procentavkastning i kemi Steg 15

4. Multiplicera med 100 för att konvertera till en procentandel. Svaret är procentavkastningen.

0.79 x 100 = 79, så procentavkastningen av experimentet är 79%. Du skapade 79% av den maximala möjliga mängden CO₂.

Tips

Vissa studenter förvirrar Procentavkastning (Hur mycket du fick ut ur det totala möjliga beloppet) med Procentfel (Hur långt från ett experimentellt resultat är från det förväntade resultatet). Den korrekta procentavkastningsformeln är

A c t du a l Y jag e l d T h e o r e t jag c a l Y jag e l d x 100

${ frac {acteytyield} {teoreticalyield}} x100$ . Om du subtraherar de 2 avkastningarna använder du istället procentfelformeln.

Om du blir väldigt olika resultat, kolla dina enheter. Om ditt faktiska avkastning skiljer sig från ditt teoretiska avkastning med en storleksordning eller mer använde du förmodligen fel enheter vid någon tidpunkt i dina beräkningar. Upprepa beräkningarna och hålla reda på dina enheter varje steg i vägen.

Om ditt procentavkastning är större än 100% (och du är säker på att din matte har rätt) har andra ämnen förorenat din produkt. Rena produkten (t.ex. genom att torka eller filtrera) och väga den igen.

Video.

Genom att använda den här tjänsten kan viss information delas med YouTube.

Dela på det sociala nätverket: