Як розрахувати теоретичний вихід продукту реакції

Частина1 З 2:

Знайдіть ключовий компонент реакції

1. 
   Почніть зі збалансованого рівняння хімічної реакції.рівняння реакції подібно рецепту. З лівого боку в ньому наведені реагенти, а з правого — продукти реакції. В правильно збалансованому рівнянні хімічної реакції зліва і справа стоїть однакове число атомів кожного елемента.^[1]

   • Як приклад розглянемо просте рівняння${\displaystyle H_{2}+O_{2}}$ → ${\displaystyle H_{2}O}$. Зліва і справа стоїть по два атома водню. Однак з боку реагентів знаходяться два атоми кисню, і лише один атом кисню представлений у вигляді продукту реакції.
   • Щоб збалансувати рівняння, помножимо на два продукт реакції:${\displaystyle H_{2}+O_{2}}$ → ${\displaystyle 2H_{2}O}$.
   • Перевіримо баланс. Тепер у нас правильна кількість атомів кисню, по два атоми з кожного боку. Однак на цей раз ми маємо два атоми водню зліва і чотири атома водню справа.
   • Помножимо на два водень в частині реагентів. В результаті у нас вийде${\displaystyle 2H_{2}+O_{2}}$ → ${\displaystyle 2H_{2}O}$. Тепер ми маємо по чотири атоми водню і по два атоми кисню з кожної сторони рівняння. Таким чином, рівняння збалансоване.
   • В якості більш складного прикладу розглянемо реакцію кисню і глюкози з утворенням вуглекислого газу і води:${\displaystyle 6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}}$ → ${\displaystyle 6CO_{2}+6H_{2}O}$. У цьому рівнянні з кожної сторони стоїть 6 атомів вуглецю (C), 12 атомів водню (H) і 18 атомів кисню (O). Рівняння збалансоване.
   • Щоб дізнатися більш детально, як балансувати хімічні рівняння, прочитайте цю статтю.
2. 
   Розрахуйте молярні маси реагентів.за допомогою таблиці Менделєєва або довідника визначте молярні маси атомів всіх елементів, які входять в беруть участь в реакції з'єднання. Складіть їх, щоб визначити молярну масу кожного реагенту. Виконайте це для однієї молекули з'єднання. Розглянемо ще раз реакцію між киснем і глюкозою з утворенням вуглекислого газу і води: ${\displaystyle 6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}}$ → ${\displaystyle 6CO_{2}+6H_{2}O}$.^[2]

   • У цьому прикладі одна молекула кисню (${\displaystyle O_{2}}$) містить два атоми кисню.
   • Молярна маса одного атома кисню становить близько 16 г/моль. При необхідності можна знайти більш точне значення.
   • 2 атома кисню x 16 г/моль на атом = 32 г / моль${\displaystyle O_{2}}$.
   • Другий реагент, глюкоза (${\displaystyle C_{6}H_{12}O_{6}}$), має молярну масу (6 атомів c x 12 г C/моль) + (12 атомів H x 1 г H/моль) + (6 атомів O x 16 г O/моль) = 180 г/моль.
   • Більш детально цей крок описаний у статтіпорахувати молярну масу.
3. 
   Переведіть кількість кожного реагенту з грамів в молі.у реальному експерименті відомі маси реагентів в грамах. Щоб перевести їх в кількість молей, поділіть масу кожного реагенту на його молярну масу.^[3]

   • Припустимо, в реакцію вступають 40 грамів кисню і 25 грамів глюкози.
   • 40 г${\displaystyle O_{2}}$ / (32 г/моль) = 1,25 моля кисню.
   • 25 г${\displaystyle C_{6}H_{12}O_{6}}$ / (180 г/моль) = приблизно 0,139 моля глюкози.
4. 
   Визначте співвідношення реагентів.Моль використовується в хімії для того, щоб по масі речовини визначити кількість його молекул. Визначивши кількість молей кисню і глюкози, ви дізнаєтеся, скільки молекул кожної речовини вступає в реакцію. Щоб знайти співвідношення між двома реагентами, поділіть число молей одного реагенту на кількість молей іншого реагенту.^[4]

   • У розглянутому прикладі на початку реакції є 1,25 моля кисню і 0,139 моля глюкози. Таким чином, відношення кількості молекул кисню до числа молекул глюкози становить 1,25 / 0,139 = 9,0. Це означає, що молекул кисню в 9 разів більше, ніж молекул глюкози.
5. 
   Знайдіть стехіометричне співвідношення реагентів.Подивіться на збалансоване рівняння хімічної реакції. Коефіцієнти перед кожною молекулою показують відносну кількість даного виду молекул, необхідне для протікання реакції. Рівняння хімічної реакції дає так зване стехіометричне співвідношення реагентів, при якому вони будуть витрачатися повністю.^[5]

   • Для даної реакції маємо${\displaystyle 6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}}$. Коефіцієнти вказують на те, що на кожну молекулу глюкози потрібно 6 молекул кисню. Таким чином, стехіометричне співвідношення для цієї реакції становить 6 молекул кисню / 1 молекула глюкози = 6,0.
6. 
   Порівняйте співвідношення, щоб знайти ключовий компонент реакції.у більшості хімічних реакцій один з реагентів витрачається раніше за інших. Цей реагент називають ключовим компонентом реакції. Він визначає, як довго триватиме дана реакція і яким буде теоретичний вихід продукту реакції. Порівняйте два розрахованих співвідношення, щоб визначити ключовий компонент реакції:^[6]

   • У розглянутому прикладі початкова кількість молей кисню в 9 разів перевищує число молей глюкози. Згідно з рівнянням, стехіометричне відношення кисню до глюкози становить 6:1. Отже, у нас є більше кисню, ніж потрібно, тому другий реагент, глюкоза, є ключовим компонентом реакції.