12.9: Теоретична прибутковість і відсоток прибутковості
- Page ID
- 18989
Чи можемо ми заощадити гроші?
Світ фармацевтичного виробництва — дорогий. Багато препаратів мають кілька етапів свого синтезу і використовують дорогі хімічні речовини. Багато досліджень відбувається, щоб розробити кращі способи зробити наркотики швидше і ефективніше. Вивчення того, скільки сполуки виробляється в будь-якій даній реакції, є важливою частиною контролю витрат.
Відсоток прибутковості
Хімічні реакції в реальному світі не завжди йдуть саме так, як планувалося на папері. В ході експерименту багато речей сприятимуть утворенню меншого продукту, ніж було б передбачено. Крім розливів та інших експериментальних помилок, часто виникають втрати через неповну реакцію, небажані побічні реакції тощо Хіміки потребують вимірювання, яке вказує на те, наскільки успішною була реакція. Це вимірювання називається відсотковою прибутковістю.
Щоб обчислити відсотковий вихід, спочатку необхідно визначити, скільки продукту має утворитися на основі стехіометрії. Це називається теоретичним виходом, максимальною кількістю продукту, яке могло б утворитися з заданих кількостей реагентів. Фактичний вихід - це кількість продукту, яке фактично утворюється при проведенні реакції в лабораторії. Відсоток прибутковості - це відношення фактичної прибутковості до теоретичної прибутковості, виражене у відсотках:
\[\text{Percent Yield} = \frac{\text{Actual Yield}}{\text{Theoretical Yield}} \times 100\%\nonumber \]
Відсоток врожайності дуже важливий при виготовленні продукції. Багато часу і коштів витрачається на підвищення відсоткового виходу для хімічного виробництва. Коли складні хімічні речовини синтезуються безліччю різних реакцій, один крок з низьким відсотковим виходом може швидко спричинити великі витрати реагентів і непотрібні витрати.
Як правило, відсотки врожайності, зрозуміло, менше, ніж\(100\%\) через раніше зазначених причин. Однак відсотки врожайності більше, ніж\(100\%\) можливі, якщо виміряний продукт реакції містить домішки, які змушують його масу бути більшою, ніж вона була б насправді, якби продукт був чистим. Коли хімік синтезує потрібну хімічну речовину, він завжди обережно очищає продукти реакції.
Приклад\(\PageIndex{1}\): Calculating the Theoretical Yield and the Percent Yield
Хлорат калію розкладається при невеликому нагріванні в присутності каталізатора, відповідно до реакції нижче.
\[2 \ce{KClO_3} \left( s \right) \rightarrow 2 \ce{KCl} \left( s \right) + 3 \ce{O_2} \left( g \right)\nonumber \]
У певному експерименті\(40.0 \: \text{g} \: \ce{KClO_3}\) нагрівають до повного розкладання. Який теоретичний вихід газу кисню? Експеримент проводиться, газ кисню збирається, і виявляється його маса\(14.9 \: \text{g}\). Який відсоток виходу за реакцію?
Рішення
Спочатку розрахуємо теоретичну врожайність на основі стехіометрії.
Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
Відомий
- Дано: Маса\(\ce{KClO_3} = 40.0 \: \text{g}\)
- Молярна маса\(\ce{KClO_3} = 122.55 \: \text{g/mol}\)
- Молярна маса\(\ce{O_2} = 32.00 \: \text{g/mol}\)
Невідомий
- теоретична прибутковість O 2 =? г
Застосовують стехіометрію для перетворення з маси реагенту в масу продукту:
\[\text{g} \: \ce{KClO_3} \rightarrow \text{mol} \: \ce{KClO_3} \rightarrow \text{mol} \: \ce{O_2} \rightarrow \text{g} \: \ce{O_2} \nonumber\nonumber \]
Крок 2: Вирішіть.
\[40.0 \: \text{g} \: \ce{KClO_3} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{KClO_3}}{122.55 \: \text{g} \: \ce{KClO_3}} \times \frac{3 \: \text{mol} \: \ce{O_2}}{2 \: \text{mol} \: \ce{KClO_3}} \times \frac{32.00 \: \text{g} \: \ce{O_2}}{1 \: \text{mol} \: \ce{O_2}} = 15.7 \: \text{g} \: \ce{O_2} \nonumber\nonumber \]
Теоретична прибутковість\(\ce{O_2}\) є\(15.7 \: \text{g}\).
Крок 3: Подумайте про свій результат.
Маса газу кисню повинна бути менше, ніж\(40.0 \: \text{g}\) хлорату калію, який розкладався.
Тепер ми будемо використовувати фактичну прибутковість і теоретичну прибутковість для розрахунку процентної прибутковості.
Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
Відомий
- Фактична прибутковість\(= 14.9 \: \text{g}\)
- Теоретична прибутковість\(= 15.7 \: \text{g}\)
Невідомий
- Відсоток прибутковості =? %
\[\text{Percent Yield} = \frac{\text{Actual Yield}}{\text{Theoretical Yield}} \times 100\% \nonumber\nonumber \]
Використовуйте рівняння процентної дохідності вище.
Крок 2: Вирішіть.
\[\text{Percent Yield} = \frac{14.9 \: \text{g}}{15.7 \: \text{g}} \times 100\% = 94.9\% \nonumber\nonumber \]
Крок 3: Подумайте про свій результат.
Оскільки фактична прибутковість трохи менше теоретичної прибутковості, відсоток прибутковості трохи менше\(100\%\).
Резюме
- Теоретичний вихід розраховується на основі стехіометрії хімічного рівняння.
- Експериментальним шляхом визначається фактична врожайність.
- Відсоток прибутковості визначається шляхом розрахунку співвідношення фактичної прибуткості/теоретичної прибутковості.
Рецензія
- Що нам потрібно для того, щоб розрахувати теоретичну прибутковість?
- Якщо я проливаю частину продукту, перш ніж зважити його, як це вплине на фактичну врожайність?
- Як проливання частини продукту вплине на відсоткову врожайність?
- Роблю виріб і зважую його до того, як воно висохне. Як це вплине на фактичну врожайність?