Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.11: Обмеження реагенту та відсотка виходу

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    18683

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

    Змішування точної кількості реагентів таким чином, що всі споживаються і жоден не залишився в хімічній реакції майже ніколи не відбувається. Натомість один з реагентів, як правило, є обмежуючим реагентом. Припустимо, наприклад, що 100 г елементарного цинку (атомна маса 65,4) і 80 г елементарної сірки (атомна маса 32,0) змішуються і нагріваються, переживаючи наступну реакцію:

    \[\ce{Zn + S \rightarrow ZnS}\]

    Яка маса ZnS, формула маси 97,4 г/моль, виробляється? Якщо 100 г цинку реагують повністю, маса S, що вступає в реакцію, і маса вироблених ZnS будуть дані наступними розрахунками:

    \(\textrm{Mass s = 100.0 G Zn} \times \frac{\textrm{1 mol Zn}}{\textrm{65.4 g Zn}} \times \frac{\textrm{1 mol S}}{\textrm{1 mol Zn}} \times \frac{\textrm{32.0 g S}}{\textrm{1 mol S}} = \textrm{48.9 g S}\)

    \(\textrm{Mass ZnS = 100.0g Zn} \times \frac{\textrm{1 mol Zn}}{\textrm{65.4 g Zn}} \times \frac{\textrm{1 mol S}}{\textrm{1 mol Zn}} \times \frac{\textrm{97.4 g ZnS}}{\textrm{1 mol ZnS}} = \textrm{149 g S}\)

    Тільки 48,9 г наявного S реагують, тому сірки в надлишку, а цинк є обмежуючим реагентом. Аналогічний розрахунок кількості Zn, необхідного для реакції з 80 г сірки, покаже, що потрібно 164 г Zn, але доступно лише 100 г.

    Вправа

    Розчин, що містить 10,0 г HCl, розчиненого у воді (розчин соляної кислоти), змішують з 8,0 г металу Al, що піддається реакції

    \(\ce{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl3 + 3H2}\)

    З огляду на атомні маси H 1.0, Al 27,0 та Cl 35,5, який реагент залишився? Скільки? Яку масу було вироблено AlCl 3?

    Відповідь

    HCl був обмежуючим реагентом. Лише 2,47 г Al було спожито, залишивши 5,53 г Al не реагували. Маса виробленого AlCl 3 склала 12,2 г

    Відсоток прибутковості

    Маса продукту, розрахована з маси граничного реагенту в хімічній реакції, називається стехіометричним виходом хімічної реакції. Вимірюючи фактичну масу виробленого в хімічній реакції продукту і зіставляючи її з масою, прогнозованою від стехіометричного виходу, можна обчислити відсотковий вихід. Це поняття ілюструється наступним прикладом.

    Припустимо, що водний розчин, що містить 25,0 г CaCl 2, змішували з розчином надлишку сульфату натрію,

    \[\ce{CaCl2 (aq) + Na2SO4 (aq) \rightarrow CaSO4 (s) + 2NaCl(aq)}\]

    для отримання твердого осаду CaSO 4, необхідного продукту реакції. (Нагадаємо, що осад - це тверда речовина, утворена реакцією видів в розчині; таке тверде тіло, як кажуть, випадає в осад з розчину.) Видалений шляхом фільтрації і висушений, осад виявив, що має масу 28,3 г, виміряний вихід. Якою була процентна прибутковість?

    Використовуючи атомні маси Ca 40,0, Cl 35,5, Na 23,0 і O, 16,0 дає молярні маси 111 г/моль для CaCl 2 і 136 г/моль для CaSO 4. Крім того, 1 моль CaCl 2 дає 1 моль CaSO 4. Стіхіометричний вихід CaSO 4 задається наступним розрахунком

    \[\textrm{Mass CaSO}_{4} = \textrm{25.0 g CaCl}_{2} \times \frac{\textrm{1 mol CaCl}_{2}}{\textrm{111 g CaCl}_{2}} \times \frac{\textrm{1 mol CaSO}_{4}}{\textrm{1 mol CaCl}_{2}} \times \frac{\textrm{136 g CaSO}_{4}}{\textrm{1 mol CaSO}_{4}} = \textrm{30.6 g CaSO}_{4}\]

    Відсоток прибутковості розраховується наступним чином:

    \[\textrm{Percent yield} = \frac{\textrm{Measured yield}}{\textrm{Stoichiometric yield}} \times 100\]

    \[\textrm{Percent yield} = \frac{\textrm{28.3 g}}{\textrm{30.6 g}} \times 100 = 92.5 \%\]