6.4: Відсоток прибутковості

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18117

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Коли ми використовуємо стехіометричні розрахунки для прогнозування величин в реакції, наші результати базуються на припущенні, що все відбувається насправді точно так, як описано хімічним рівнянням. На жаль, це не завжди так. Коли ви працюєте в лабораторії, все часто йде не так. Коли ви зважуєте реагенти і переносите матеріали в реакційні судини, деякі матеріали часто залишатимуться на шпателі або в посудині для зважування. Коли ви збираєте продукт, деякі можуть розливатися, або в енергійній реакції матеріал може вийти з реакційної судини. Стехіометричні розрахунки дадуть вам теоретичний вихід для реакції; вихід, який ви повинні отримати, припускаючи, що реакція протікає зі 100% ефективністю і що жоден матеріал не втрачається при обробці. Кількість матеріалу, яке ви виділяєте з даної реакції, називається фактичним виходом, і воно завжди менше теоретичного виходу. Відсоток теоретичної прибутковості, яку ви насправді ізолюєте, називається відсотковою дохідністю.

Розглянемо реакцію між нітратом срібла та хлоридом натрію з утворенням твердого хлориду срібла. Якщо ми відреагуємо 10,00 грам нітрату срібла з надлишком хлориду натрію, ми передбачили б, що отримаємо:

Ми встановили задачу для розв'язання мольного добутку; загальне рівняння таке:

\[(molproduct)=(molreactant)\times \left ( \frac{molproduct}{molreactant} \right ) \nonumber \]

Для мольного продукту і моль реагенту ми використовуємо вирази для (маса)/(молярна маса), як показано на схемі вище. Стехіометричний моль співвідношення встановлюється так, що моль реагент скасовує, даючи розчин в моль продукту. Підставляючи,

\[(x\: g\: AgCl)\left ( \frac{1\: mol\: AgCl}{143.32\: g\: AgCl} \right )=(10.00\: g\: AgNO_{3})\left ( \frac{1\: mol\: AgNO_{3}}{169.88\: g\: AgNO_{3}} \right )\times \left ( \frac{1\: mol\: AgCl}{1\: mol\: AgNO_{3}} \right ) \nonumber \]

\[(x\: g\: AgCl)=(10.00\: g\: AgNO_{3})\left ( \frac{1\: mol\: AgNO_{3}}{169.88\: g\: AgNO_{3}} \right )\times \left ( \frac{1\: mol\: AgCl}{1\: mol\: AgNO_{3}} \right )\times \left ( \frac{143.32\: g\: AgCl}{1\: mol\: AgCl} \right )=8.440\: g \nonumber \]

Ця маса, розрахована з мас вихідних матеріалів і стехіометрії рівняння, є теоретичним виходом. Оскільки хлорид срібла - це осад з водного розчину, однак, ми повинні його фільтрувати, висушити, перенести на наш баланс і зважити, перш ніж ми зможемо виміряти, скільки продукту ми отримуємо як наш фактичний вихід. Коли ми фільтруємо його, невелика кількість твердого речовини, швидше за все, залишиться прилипати до боків колби. Коли він висохне і ми переносимо його на баланс, на фільтрувальному папері залишиться якась тверда речовина, частина - на шпателі, і (швидше за все) ваш партнер лабораторії почхне в невідповідний момент і подує частину його по всьому робочому столу. Враховуючи все це, дуже малоймовірно, що ми отримаємо фактичний вихід 8,044 грама твердого AgCl.

Давайте припустимо, що ми зробили всі ці операції (включаючи чхання), і коли ми зважуємо наш твердий AgCl, ми фактично отримуємо 7, 98 грам твердої речовини. Ми знаємо, що отримуємо 7,98 грам продукту (наш фактичний вихід), і ми підрахували, що ми повинні отримати 8,440 грам продукту (теоретичний вихід). Відсоток теоретичної прибутковості, який ми отримуємо, називається відсотковою дохідністю, і обчислюється як (фактична прибутковість)/(теоретична прибутковість) 100. В даному випадку:

\[\left ( \frac{7.98g}{8.440g} \right )\times 100=94.5\% \nonumber \]

Таким чином, відсоток виходу твердого AgCl, який ми отримали в цій реакції, становить 94,5% (насправді непогано, враховуючи вашого партнера лабораторії). Поняття процентного виходу, як правило, застосовується до всіх експериментальних робіт в хімії.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Порошкоподібний цинк і тверда сірка з'єднуються вибухонебезпечно, утворюючи сульфід цинку Ви і ваш партнер лабораторії ретельно змішайте 0,010 моль твердого цинкового порошку з рівно 0,010 моль порошкової сірки в невеликому порцеляновому тиглі. Знаючи свого партнера лабораторії, ви дозволяєте своєму інструктору запалити суміш. Вибух утворює хмару ZnS, розсіює деякі по всій землі, і залишає в тиглі хрустку купу продукту. Ви переносите це і визначаєте, що 0,35 грама твердого продукту було відновлено. Розрахуйте процентну прибутковість.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Процес Харбера використовується для виготовлення аміаку з азоту та водню відповідно до рівняння, показаного нижче. Вихід реакції, однак, не становить 100%.

Н ₂ + 3 Н ₂ → 2 Н ₃

Припустимо, ви в кінцевому підсумку отримуєте 6,2 молі аміаку, але стехіометрія реакції пророкує, що у вас повинно бути 170,0 грам аміаку. Який відсоток виходу за цю реакцію?
Якби ви почали з 6,2 г азоту і ви виробляєте 6,2 грама аміаку, який би відсоток виходу?