Τύπος και ορισμός ποσοστιαίας απόδοσης

Στη χημεία, ποσοστό απόδοσης είναι μια σύγκριση της πραγματικής απόδοσης με τη θεωρητική απόδοση, εκφρασμένη ως ποσοστό. Ακολουθεί μια ματιά στον τύπο της ποσοστιαίας απόδοσης, στον τρόπο υπολογισμού του και γιατί μπορεί να είναι μικρότερο ή μεγαλύτερο από 100%.

Τύπος ποσοστιαίας απόδοσης

Ο τύπος ποσοστιαίας απόδοσης είναι η πραγματική απόδοση διαιρούμενη με τη θεωρητική απόδοση σε mole, πολλαπλασιαζόμενη επί 100%:

Ποσοστό απόδοσης =Πραγματική απόδοση/Θεωρητική απόδοση x 100%

Δεν έχει σημασία αν εκφράζετε την πραγματική και τη θεωρητική απόδοση σε γραμμάρια ή mole, αρκεί να χρησιμοποιείτε τις ίδιες μονάδες και για τις δύο τιμές.

Πώς να υπολογίσετε την ποσοστιαία απόδοση

Ο υπολογισμός της ποσοστιαίας απόδοσης απαιτεί δύο τιμές:την πραγματική απόδοση και τη θεωρητική απόδοση. Η απόδοση εξαρτάται από τη μοριακή αναλογία μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων. Η πραγματική απόδοση είναι η ποσότητα του προϊόντος που λαμβάνεται από μια αντίδραση ή ένα πείραμα. Ζυγίζετε το προϊόν και στη συνέχεια μετατρέπετε τη μάζα (συνήθως σε γραμμάρια) σε κρεατοελιές.

Η θεωρητική απόδοση προέρχεται από τη στοιχειομετρία. Με άλλα λόγια, προέρχεται από τη μοριακή αναλογία μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων στην ισορροπημένη εξίσωση για τη χημική αντίδραση. Μόλις έχετε την ισορροπημένη εξίσωση, το επόμενο βήμα είναι η εύρεση του περιοριστικού αντιδραστηρίου. Το περιορισμένο αντιδραστήριο είναι το αντιδραστήριο που περιορίζει την ποσότητα του προϊόντος επειδή καταναλώνεται πριν εξαντληθεί το άλλο αντιδραστήριο. Σε μια αντίδραση αποσύνθεσης, μπορεί να υπάρχει μόνο ένα αντιδρών, γεγονός που το καθιστά το περιοριστικό αντιδραστήριο. Σε άλλες αντιδράσεις, συγκρίνετε τις μοριακές μάζες και τις μοριακές αναλογίες. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε τον αριθμό των γραμμομορίων περιοριστικού αντιδραστηρίου και την αναλογία mole και υπολογίστε τη θεωρητική απόδοση. Τέλος, υπολογίστε τη θεωρητική απόδοση.

1. Ισορροπήστε τη χημική εξίσωση για την αντίδραση. Σημειώστε τον αριθμό των γραμμομορίων αντιδρώντων και προϊόντων.
2. Προσδιορίστε το περιοριστικό αντιδραστήριο. Υπολογίστε τις μοριακές μάζες όλων των αντιδρώντων. Βρείτε τον αριθμό των σπίλων όλων των ειδών. Χρησιμοποιήστε τη μοριακή αναλογία και προσδιορίστε ποιο αντιδραστήριο περιορίζει την αντίδραση. Χρησιμοποιήστε τον αριθμό των γραμμομορίων του περιοριστικού αντιδραστηρίου και του γραμμομοριακού λόγου και βρείτε τη θεωρητική απόδοση.
3. Ζυγίστε το προϊόν. Αυτή είναι η πραγματική απόδοση.
4. Βεβαιωθείτε ότι η πραγματική απόδοση και η θεωρητική απόδοση έχουν τις ίδιες μονάδες (γραμμάρια ή γραμμάρια).
5. Υπολογίστε την ποσοστιαία απόδοση χρησιμοποιώντας την πραγματική απόδοση και τη θεωρητική απόδοση.

Παράδειγμα υπολογισμού ποσοστιαίας απόδοσης (Απλός)

Πρώτον, εδώ είναι ένα απλό παράδειγμα του υπολογισμού του ποσοστού απόδοσης σε δράση:

Η αποσύνθεση του ανθρακικού μαγνησίου σχηματίζει 15 γραμμάρια οξειδίου του μαγνησίου σε ένα πείραμα. Η θεωρητική απόδοση είναι 19 γραμμάρια. Ποια είναι η εκατοστιαία απόδοση του οξειδίου του μαγνησίου;

MgCO₃ → MgO + CO₂

Εδώ, γνωρίζετε την πραγματική απόδοση (15 γραμμάρια) και τη θεωρητική απόδοση (19 γραμμάρια), επομένως απλώς συνδέστε τις τιμές στον τύπο:

Ποσοστιαία απόδοση =Πραγματική απόδοση/Θεωρητική απόδοση x 100%
Ποσοστιαία απόδοση =15 g/19 g x 100%
Ποσοστό απόδοσης =79%

Παράδειγμα υπολογισμού ποσοστιαίας απόδοσης (με περιορισμένο αντιδραστήριο)

Βρείτε την ποσοστιαία απόδοση μιας αντίδρασης όταν λάβετε 4,88 g AlCl₃ (s) από αντίδραση μεταξύ 2,80 g Al(s) και 4,15 g Cl₂ (ζ).

Αρχικά, γράψτε την ισορροπημένη εξίσωση για την αντίδραση:

2Al(s ) + 3Cl₂ (g ) → 2AlCl₃ (s )

Στη συνέχεια, βρείτε το περιοριστικό αντιδραστήριο. Ξεκινήστε με τις μοριακές μάζες των αντιδρώντων και των προϊόντων:

2,80 g Al x (1 mol Al/26,98 g Al) =0,104 mol Al
4,15 g Cl₂ x (1 mol Cl₂ /70,90 g Cl₂ ) =0,0585 mol Cl₂

Συγκρίνετε τη μοριακή αναλογία με τον πραγματικό αριθμό γραμμομορίων που υπάρχουν στην αντίδραση. Από την ισορροπημένη εξίσωση, βλέπετε 2 mol Al αντιδρούν με 3 moles Cl₂ .

Μοριακή αναλογία:moles Al/moles Cl₂ =2/3 =0,6667
Πραγματικός λόγος moles Al/moles Cl₂ =0,104/0,0585 =1,78

Η πραγματική αναλογία είναι μεγαλύτερη από τη μοριακή αναλογία, επομένως υπάρχει περίσσεια Al και Cl₂ είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο. (Εάν η πραγματική αναλογία είναι μικρότερη από την αναλογία mole, σημαίνει ότι υπάρχει περίσσεια Cl₂ και το Al είναι το περιοριστικό αντιδραστήριο.)

Χρησιμοποιήστε τον πραγματικό αριθμό γραμμομορίων Cl₂ και τη μοριακή αναλογία και βρείτε τη μέγιστη ποσότητα AlCl₃ .

0,00585 mol Cl₂ x (2 mol AlCl₃ /3 mol Cl₂ ) =0,00390 mol AlCl₃

Μετατρέψτε τον αριθμό των mol του προϊόντος σε γραμμάρια, ώστε οι μονάδες πραγματικής και θεωρητικής απόδοσης να είναι ίδιες. Λάβετε αυτό από τη μοριακή μάζα.

0,00390 mol AlCl₃ x (133,33 g AlCl₃ /1 mol AlCl₃ ) =5,20 g AlCl₃

Τέλος, υπολογίστε την ποσοστιαία απόδοση. Η πραγματική απόδοση είναι 4,88 g AlCl₃ (δίνεται στο πρόβλημα) και η θεωρητική απόδοση είναι 5,20 g AlCl₃ .

Ποσοστιαία απόδοση =Πραγματική απόδοση/Θεωρητική απόδοση x 100%
Ποσοστιαία απόδοση =4,88 g AlCl₃ / 5,20 g AlCl₃ x 100%
Ποσοστό απόδοσης =93,8%

Η ποσοστιαία απόδοση είναι πάντα μικρότερη από 100%

Η ποσοστιαία απόδοση είναι πάντα μικρότερη από 100% (συχνά κατά πολύ), ωστόσο είναι δυνατόν να υπολογιστεί μια τιμή μεγαλύτερη από 100%.

Υπάρχουν μερικοί λόγοι για τους οποίους η ποσοστιαία απόδοση πάντα υπολείπεται.

• Δεν ολοκληρώνονται όλες οι αντιδράσεις.
• Μερικές φορές τα αντιδρώντα και τα προϊόντα βρίσκονται σε ισορροπία, επομένως συμβαίνει και η αντίστροφη αντίδραση.
• Δύο ή περισσότερες αντιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα, μετατρέποντας ένα μέρος των αντιδρώντων σε ένα ή περισσότερα παραπροϊόντα.
• Μπορεί να υπάρχουν άλλα είδη ή ακαθαρσίες που παρεμβαίνουν στην αντίδραση.
• Το προϊόν χάνεται κατά τη μεταφορά.
• Το προϊόν χάνεται κατά τη διάρκεια του καθαρισμού.

Και όμως, μερικές φορές λαμβάνετε περισσότερα προϊόντα από τα προβλεπόμενα. Περιστασιακά, μια ακαθαρσία συμβάλλει στο σχηματισμό του προϊόντος. Αλλά, συνήθως υπάρχει λιγότερο προϊόν από τη θεωρητική απόδοση. Ωστόσο, εάν συλλέξετε ένα ακάθαρτο προϊόν, η μάζα υπερβαίνει τη θεωρητική απόδοση. Η πιο συνηθισμένη κατάσταση είναι το ζύγισμα του προϊόντος που δεν είναι τελείως στεγνό. Μέρος της μάζας είναι διαλύτης, επομένως φαίνεται ότι έχετε περισσότερο προϊόν από το προβλεπόμενο.

Αναφορές

• Cornforth, J. W. (1993). «Το πρόβλημα με τη σύνθεση». Australian Journal of Chemistry . 46 (2):157–170. doi:10.1071/ch9930157
• Petrucci, Ralph H.; Herring, F. Geoffrey; Madura, Jeffry; Bissonnette, Carey; Pearson (2017). Γενική Χημεία:Αρχές και Σύγχρονες Εφαρμογές . Τορόντο:Pearson. ISBN 978-0-13-293128-1.
• Whitten, Kenneth W.; Davis, Raymond E; Peck, M. Larry (2002). Γενική Χημεία . Fort Worth:Thomson Learning. ISBN 978-0-03-021017-4.
• Vogel, Arthur Israel; Furniss, Β. S; Tatchell, Austin Robert (1978). Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry . Νέα Υόρκη:Longman. ISBN 978-0-582-44250-4.