Теоретическое исполнение в чем оно состоит и примеры

теоретическая производительность химической реакции - это максимальное количество, которое может быть получено из продукта при условии полного превращения реагентов. Когда по кинетическим, термодинамическим или экспериментальным причинам один из реагентов частично вступает в реакцию, результирующий выход меньше теоретического.

Эта концепция позволяет сравнить разрыв между написанными на бумаге химическими реакциями (химические уравнения) и реальностью. Некоторые могут выглядеть очень простыми, но экспериментально сложными и с низкой урожайностью; в то время как другие, могут быть обширными, но простыми и высокопроизводительными, чтобы сделать их.

Все химические реакции и количества реагентов имеют теоретический выход. Благодаря этому может быть установлена ​​степень эффективности переменных процесса и успехов; чем выше выход (и чем короче время), тем лучше условия, выбранные для реакции.

Таким образом, для данной реакции вы можете выбрать диапазон температур, скорость перемешивания, время и т. Д., А также выполнить оптимальную производительность. Цель таких усилий - приблизить теоретические результаты к фактическим показателям..

индекс

• 1 Что такое теоретический выход?
• 2 примера
  • 2.1 Пример 1
  • 2.2 Пример 2
• 3 Ссылки

Какова теоретическая производительность?

Теоретический выход представляет собой количество продукта, полученного в результате реакции при условии 100% конверсии; то есть весь ограничивающий реагент должен быть израсходован.

Тогда весь синтез в идеале должен давать экспериментальную или реальную производительность, равную 100%. Хотя этого не происходит, есть реакции с высокими выходами (> 90%)

Он выражается в процентах, и для его вычисления сначала необходимо прибегнуть к химическому уравнению реакции. По стехиометрии для определенного количества ограничивающего реагента определяется, сколько продукта происходит. Затем, когда это сделано, количество полученного продукта (фактический выход) сравнивается с определенным теоретическим значением:

Производительность% = (Фактическая производительность / Теоретическая производительность) ∙ 100%

Этот% выход позволяет нам оценить, насколько эффективна была реакция в выбранных условиях. Их значения резко колеблются в зависимости от типа реакции. Например, для некоторых реакций выход 50% (половина теоретического выхода) можно считать успешной реакцией..

Но каковы единицы такой производительности? Масса реагентов, то есть количество грамм или молей. Поэтому для определения производительности реакции необходимо знать граммы или родинки, которые теоретически можно получить.

Вышесказанное можно пояснить на простом примере..

примеров

Пример 1

Рассмотрим следующую химическую реакцию:

A + B => C

1gA + 3gB => 4gC

Химическое уравнение имеет только стехиометрические коэффициенты 1 для видов A, B и C. Поскольку они являются гипотетическими видами, их молекулярные или атомные массы неизвестны, но массовая доля, в которой они реагируют, находится под рукой; то есть на каждый грамм А 3 г В реагируют с образованием 4 г С (сохранение массы).

Следовательно, теоретический выход для этой реакции составляет 4 г С, когда 1 г А реагирует с 3 г В.

Каков будет теоретический выход, если у вас есть 9 г А? Для его расчета достаточно использовать коэффициент пересчета, который связывает А и С:

(9 г А) ∙ (4 г С / 1 г А) = 36 г С

Обратите внимание, что теперь теоретический выход составляет 36 г С вместо 4 г С, так как в нем больше реагента А.

Два метода: два выхода

Для вышеупомянутой реакции есть два способа получения C. Предполагая, что оба начинаются с 9 г А, каждый имеет свою реальную производительность. Классический метод позволяет получить 23 г С в течение 1 часа; используя современный метод, вы можете получить 29 г С за полчаса.

Каков процент выхода для каждого из методов? Зная, что теоретический выход составляет 36 г С, мы приступаем к применению общей формулы:

Производительность% (классический метод) = (23 г C / 36 г C) ∙ 100%

63,8%

Производительность% (современный метод) = (29 г C / 36 г C) ∙ 100%

80,5%

Логично, что современный метод получения большего количества граммов C из 9 граммов A (плюс 27 граммов B) имеет выход 80,5%, что выше, чем выход 63,8% классического метода..

Какой из двух способов выбрать? На первый взгляд, современный метод кажется более жизнеспособным, чем классический метод; Тем не менее, экономический аспект и возможные воздействия на окружающую среду каждого из них вступают в игру в решении.

Пример 2

Рассмотрим экзотермическую и многообещающую реакцию как источник энергии:

H₂ + О₂ => H₂О

Обратите внимание, что, как и в предыдущем примере, стехиометрические коэффициенты H₂ и O₂ они 1. У вас есть 70 г H₂ смешанный с 150 г O₂, Каков будет теоретический выход реакции? Каков урожай, если вы получите 10 и 90 г H₂О?

Здесь неясно, сколько граммов H₂ или O₂ они реагируют; следовательно, родинки каждого вида должны быть определены на этот раз:

Молес де Н₂= (70 г) ∙ (моль Н₂/ 2g)

35 молей

Молес де О₂= (150 г) ∙ (моль О₂/ 32 г)

4,69 моль

Ограничивающим реагентом является кислород, потому что 1 моль H₂ реагирует с 1 моль O₂; и имеющий 4,69 молей O₂, тогда 4,69 моль H будет реагировать₂. Также родинки Н₂Или сформированный будет равен 4,69. Следовательно, теоретический выход составляет 4,69 моль или 84,42 г Н₂O (умножение родинок на молекулярную массу воды).

Недостаток кислорода и избытка примесей

Если производится 10 г H₂Или производительность будет:

Производительность% = (10 г ч₂O / 84,42 г H₂O) ∙ 100%

11,84%

Что является низким, потому что огромный объем водорода был смешан с очень небольшим количеством кислорода.

И если, с другой стороны, 90 г H производится₂Или производительность теперь будет:

Производительность% = (90 г ч₂O / 84,42 г H₂O) ∙ 100%

106,60%

Никакая производительность не может быть выше теоретической, поэтому любое значение выше 100% является аномалией. Однако это может быть связано со следующими причинами:

-В продукте накапливаются другие продукты, вызванные боковыми или вторичными реакциями..

-Продукт был загрязнен во время или в конце реакции.

В случае реакции этого примера первая причина маловероятна, так как нет другого продукта, кроме воды. Вторая причина, если вы на самом деле получаете 90 г воды в таких условиях, указывает на то, что произошел вход других газообразных соединений (таких как СО).₂ и N₂) которые были неправильно взвешены вместе с водой.

ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 97.
2. Хельменстин, Тодд. (15 февраля 2018 г.) Как рассчитать теоретический выход химической реакции. Получено с: мысли
3. Chieh C. (13 июня 2017 г.) Теоретическая и фактическая доходность. Химия LibreTexts. Получено от: chem.libretexts.org
4. Ханская академия. (2018). Ограничение реагентов и процент выхода. Получено с: khanacademy.org
5. Вводная химия. (Н.Д.). Урожайность. Получено от: saylordotorg.github.io
6. Вводный курс по общей химии. (Н.Д.). Ограничение реагента и производительности. Университет Вальядолида. Получено от: eis.uva.es