PRESTASI TEORI: APA YANG TERDIRI DAN CONTOHNYA - KIMIA - 2024

Hasil teori tindak balas kimia adalah kuantiti maksimum yang dapat diperoleh dari produk dengan andaian transformasi reaktan lengkap. Apabila atas sebab kinetik, termodinamik atau eksperimen salah satu reaktan bertindak balas sebahagiannya, hasil yang dihasilkan kurang daripada teori.

Konsep ini membolehkan anda membandingkan jurang antara tindak balas kimia yang ditulis di atas kertas (persamaan kimia) dan kenyataan. Sebilangan mungkin kelihatan sangat sederhana, tetapi eksperimen kompleks dan berpendapatan rendah; sementara yang lain boleh dilakukan secara meluas tetapi sederhana dan berprestasi tinggi semasa dijalankan.

Sumber: Pxhere

Semua tindak balas kimia dan jumlah reagen mempunyai hasil teori. Berkat ini, tahap keberkesanan pemboleh ubah proses dan hits dapat ditentukan; semakin tinggi hasilnya (dan semakin pendek masa), semakin baik keadaan yang dipilih untuk tindak balas.

Oleh itu, untuk tindak balas tertentu, julat suhu, kelajuan pengadukan, waktu, dan lain-lain dapat dipilih dan prestasi yang optimum dapat dilakukan. Tujuan usaha tersebut adalah untuk menghampiri hasil teoritis dengan hasil sebenar.

Apakah hasil teoritis?

Hasil teoritis adalah jumlah produk yang diperoleh daripada reaksi dengan anggapan penukaran 100%; iaitu, semua reagen pembatas mesti dimakan.

Oleh itu, setiap sintesis semestinya memberikan hasil eksperimen atau nyata sama dengan 100%. Walaupun ini tidak berlaku, terdapat reaksi dengan hasil yang tinggi (> 90%)

Ia dinyatakan dalam bentuk peratusan, dan untuk menghitungnya, anda mesti menggunakan persamaan kimia tindak balas terlebih dahulu. Dari stoikiometri, ditentukan untuk sebilangan reagen pembatas berapa banyak produk yang dihasilkan. Selepas ini, kuantiti produk yang diperoleh (hasil sebenar) dibandingkan dengan nilai teori yang ditentukan:

% Hasil = (Hasil Sebenar / Hasil Teoritis) ∙ 100%

Hasil% ini memungkinkan untuk menganggarkan seberapa cekap tindak balas dalam keadaan yang dipilih. Nilai mereka berbeza secara drastik bergantung pada jenis tindak balas. Sebagai contoh, untuk beberapa reaksi hasil 50% (separuh hasil teoritis) boleh dianggap sebagai reaksi yang berjaya.

Tetapi apakah unit prestasi tersebut? Jisim reaktan, iaitu jumlah gram atau mol. Oleh itu, untuk menentukan hasil tindak balas, gram atau mol yang secara teorinya boleh didapati mesti diketahui.

Perkara di atas dapat dijelaskan dengan contoh yang mudah.

Contoh

Contoh 1

Pertimbangkan tindak balas kimia berikut:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Persamaan kimia hanya mempunyai 1 pekali stoikiometrik untuk spesies A, B, dan C. Oleh kerana mereka adalah spesies hipotesis, jisim molekul atau atomnya tidak diketahui, tetapi nisbah jisim di mana mereka bertindak balas tersedia; iaitu, untuk setiap gram A, 3 g B bertindak balas untuk memberikan 4 g C (pemuliharaan jisim).

Oleh itu, hasil teori untuk tindak balas ini ialah 4 g C apabila 1g A bertindak balas dengan 3g B.

Apakah hasil teoritis jika kita mempunyai 9g A? Untuk menghitungnya, gunakan faktor penukaran yang mengaitkan A dan C:

(9g A) ∙ (4g C / 1g A) = 36g C

Perhatikan bahawa sekarang hasil teoritis adalah 36 g C dan bukannya 4 g C, kerana terdapat lebih banyak reagen A.

Dua kaedah: dua pulangan

Untuk tindak balas di atas terdapat dua kaedah untuk menghasilkan C. Dengan mengandaikan kedua-duanya bermula dengan 9g A, masing-masing mempunyai hasil sebenar sendiri. Kaedah klasik memungkinkan untuk memperoleh 23 g C dalam jangka masa 1 jam; sambil menggunakan kaedah moden, 29 g C dapat diperoleh dalam setengah jam.

Berapakah% hasil untuk setiap kaedah? Mengetahui bahawa hasil teoritis adalah 36 g C, formula umum digunakan:

% hasil (kaedah klasik) = (23g C / 36g C) ∙ 100%

63.8%

% hasil (kaedah moden) = (29g C / 36g C) ∙ 100%

80.5%

Secara logiknya, kaedah moden dengan menghasilkan lebih banyak gram C dari 9 gram A (ditambah 27 gram B) mempunyai hasil 80.5%, lebih tinggi daripada hasil 63.8% kaedah klasik.

Yang mana antara dua kaedah untuk dipilih? Pada pandangan pertama, kaedah moden nampaknya lebih sesuai daripada kaedah klasik; Walau bagaimanapun, aspek ekonomi dan kemungkinan kesan persekitaran masing-masing berperanan dalam keputusan.

Contoh 2

Pertimbangkan reaksi eksotermik dan menjanjikan sebagai sumber tenaga:

H ₂ + O ₂ => H ₂ O

Perhatikan bahawa seperti dalam contoh sebelumnya, pekali stoikiometrik H ₂ dan O ₂ adalah 1. Sekiranya anda mempunyai 70g H ₂ dicampurkan dengan 150g O ₂ , apakah hasil teoritis tindak balas tersebut? Berapakah hasil jika 10 dan 90g H ₂ O diperoleh?

Di sini tidak dapat dipastikan berapa gram H ₂ atau O _{2 yang} bertindak balas; oleh itu, tahi lalat setiap spesies mesti ditentukan kali ini:

Mol H ₂ = (70g) ∙ (mol H ₂ / 2g)

35 tahi lalat

Mol O ₂ = (150g) ∙ (mol O ₂ / 32g)

4.69 mol

Reagen mengehadkan oksigen, kerana 1mol H ₂ bertindak balas dengan 1mol O ₂ ; dan kerana terdapat 4.69 mol O ₂ , maka 4.69 mol H2 _akan bertindak balas . Begitu juga, mol H ₂ O yang terbentuk akan sama dengan 4.69. Oleh itu, hasil teorinya ialah 4.69 mol atau 84.42 g H ₂ O (mengalikan mol dengan jisim molekul air).

Kekurangan oksigen dan kekotoran berlebihan

Sekiranya 10g H ₂ O dihasilkan, hasilnya adalah:

% hasil = (10g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

11.84%

Yang rendah kerana sebilangan besar hidrogen dicampurkan dengan oksigen yang sangat sedikit.

Dan jika, sebaliknya, 90g H ₂ O dihasilkan , hasilnya sekarang adalah:

% hasil = (90g H ₂ O / 84.42g H ₂ O) ∙ 100%

106.60%

Tidak ada prestasi yang lebih tinggi daripada teori, jadi apa-apa yang melebihi 100% adalah anomali. Walau bagaimanapun, ia boleh disebabkan oleh sebab-sebab berikut:

-Produk mengumpulkan produk lain yang disebabkan oleh reaksi sampingan atau sekunder.

-Produk menjadi tercemar semasa atau pada akhir reaksi.

Untuk kes tindak balas dalam contoh ini, penyebab pertama tidak mungkin berlaku, kerana tidak ada produk lain selain air. Sebab kedua, jika 90g air benar-benar diperoleh dalam keadaan seperti itu, menunjukkan bahawa terdapat kemasukan sebatian gas lain (seperti CO ₂ dan N ₂ ) yang ditimbang secara salah bersama dengan air.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 97.
2. Helmenstine, Todd. (2018, 15 Februari). Cara Mengira Hasil Teori Tindak Balas Kimia. Dipulihkan dari: thinkco.com
3. Chieh C. (13 Jun 2017). Hasil Teoritis dan Sebenar. LibreTexts Kimia. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org
4. Akademi Khan. (2018). Mengehadkan reagen dan peratus hasil. Dipulihkan dari: khanacademy.org
5. Kimia Pengenalan. (sf). Hasil. Dipulihkan dari: saylordotorg.github.io
6. Kursus pengenalan dalam kimia am. (sf). Mengehadkan reagen dan prestasi. Universiti Valladolid. Dipulihkan dari: eis.uva.es