4.3: Rendement de la réaction

Le rendement théorique d'une réaction est la quantité de produit qui est estimée se former en fonction de la stœchiométrie de l'équation chimique équilibrée. Le rendement théorique suppose la conversion complète du réactif limitant en produit désiré. La quantité de produit obtenue en effectuant la réaction est appelée le rendement réel, et elle peut être inférieure ou (très rarement) égale au rendement théorique.

Rendement en pourcentage

Dans le cas des réactions chimiques, le rendement réel du produit est souvent inférieur au rendement théorique prévu en se basant sur la stœchiométrie de la réaction. Lorsque des réactions sont effectuées dans un ensemble de conditions donné, une perte de masse inévitable est envisagée pour plusieurs raisons. Certaines réactions sont naturellement inefficaces, générant d'autres produits indésirables par le biais de réactions secondaires. D'autres sont incomplètes en raison de leur nature réversible, accompagnée d'un état d'équilibre entre les réactifs et les produits. Parfois, la perte en masse de produit est due à une récupération inadéquate du produit désiré à partir du mélange réactionnel au cours des techniques de purification telles que la cristallisation, la distillation, la filtration et la chromatographie. Dans les cas où une perte de produit est observée, le rendement en pourcentage est utilisé pour exprimer la mesure dans laquelle le rendement théorique d’une réaction est atteint.

Les rendements réels et théoriques peuvent être exprimés sous forme de masses ou de quantités molaires (ou de toute autre propriété appropriée, par exemple, le volume, si le produit est un gaz). Tant que les deux rendements sont exprimés en utilisant les mêmes unités, ces unités s'annulent lorsque le rendement en pourcentage est calculé.

Calcul du rendement en pourcentage

Considérons la combustion de l'oxyde nitrique en dioxyde d'azote.

À la fin de la réaction, 180 grammes de dioxyde d'azote sont obtenus à partir de 150 grammes d'oxyde nitrique et d'un excès d'oxygène. Quel est le rendement en pourcentage ?

Le rendement réel de la réaction est de 180 grammes. Sachant que l'oxyde nitrique est le réactif limitant, les moles du rendement théorique sont obtenues en se basant sur la stœchiométrie de NO et de NO₂. D'abord, la masse de NO est convertie en moles de NO. Ensuite, le rapport stœchiométrique de NO:NO₂ (1:1) est appliqué, ce qui suggère que 5 moles de NO₂ seront formées à partir de 5 moles de NO. Troisièmement, les moles de NO₂ sont converties en masse.

Dans l'étape finale, le rendement en pourcentage est calculé en fonction du rapport entre le rendement réel et le rendement théorique.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 4.4 : Rendements de réaction.

Dans une réaction chimique, le rendement théorique est la quantité de produit qui se formerait avec une conversion à cent pour cent du réactif limitant au produit. Prenon cet exemple:supposons que 80 grains soient chauffés pour faire du pop-corn. En supposant que tous les grains s'étendent, le rendement théorique est de 80 grains de pop-corn.

Cependant, si seulement 50 grains éclatent, le rendement réel est seulement 50 pièces. Le rendement réel est donc la quantité de produit qui se forme. Le rapport du rendement réel au rendement théorique multiplié par cent donne le rendement en pourcentage, qui, dans ce cas, est de 62, 5%Pour de nombreuses réactions chimiques, le rendement théorique, basé sur la stoechiométrie, est supérieur au rendement réellement obtenu.

Habituellement, une certaine quantité des réactifs est perdue dans des réactions secondaires, une partie du produit est perdue dans des réactions réversibles, ou le produit est difficile à collecter sans perte. Considérez la combustion du magnésium. Quand un morceau de métal de magnésium est allumé, il réagit avec l'oxygène dans l'air pour former l'oxyde de magnésium.

La réaction chimique implique 2 moles de magnésium et une mole d'oxygène pour former 2 moles d'oxyde de magnésium. Supposons que 63, 4 grammes de magnésium et 50, 7 grammes d'oxygène, combien d'oxyde de magnésium pourrait être produite? Pour calculer le rendement théorique, d'abord, la masse de chaque réactif est convertie-en utilisant les masses molaires en quantités correspondantes en moles.

Ensuite, en utilisant des rapports molaires, le nombre de moles des réactifs magnésium et oxygène est converti en moles de produit, en oxyde de magnésium. Puisque le magnésium fait le moins de produit, c'est le réactif limitant, et le rendement théorique est de 2, 6 moles. En termes de masse, le rendement théorique est de 105 grammes.

Une fois la réaction terminée, le rendement réel du produit est de 80, 0 grammes. Ainsi, le rendement en pourcentage de la production d'oxyde de magnésium est de 76, 2%