4.3: Wydajność reakcji

Teoretyczna wydajność reakcji to ilość produktu szacowana na podstawie stechiometrii zrównoważonego równania chemicznego. Teoretyczna wydajność zakłada całkowite przekształcenie reagenta ograniczającego w pożądany produkt. Ilość produktu, która jest uzyskiwana w wyniku przeprowadzenia reakcji, nazywana jest rzeczywistą wydajnością i może być mniejsza lub (bardzo rzadko) równa wydajności teoretycznej.

Procentowa wydajność

W przypadku reakcji chemicznych rzeczywista wydajność produktu jest często mniejsza niż teoretyczna wydajność przewidywana na podstawie stechiometrii reakcji. Gdy reakcje są przeprowadzane w określonych warunkach, spodziewana jest nieunikniona utrata masy z kilku powodów. Niektóre reakcje są naturalnie nieefektywne, generując inne niepożądane produkty poprzez reakcje uboczne. Inne są niekompletne ze względu na ich odwracalny charakter, któremu towarzyszy stan równowagi między reagentami a produktami. Czasami utrata masy produktu jest spowodowana niewystarczającym odzyskiem pożądanego produktu z mieszaniny reakcyjnej podczas technik oczyszczania, takich jak krystalizacja, destylacja, filtracja i chromatografia. W przypadkach, w których występuje strata produktu, do pomiaru zakresu, w jakim osiągana jest teoretyczna wydajność reakcji, stosuje się procentową wydajność.

Rzeczywista i teoretyczna wydajność może być wyrażona jako masy lub wielkości molowe (lub jakakolwiek inna odpowiednia właściwość, np. objętość, jeśli produktem jest gaz). Tak długo, jak obie stopy zwrotu są wyrażone przy użyciu tych samych jednostek, jednostki te zostaną anulowane po obliczeniu procentu wydajności.

Obliczanie procentowej wydajności

Weźmy pod uwagę spalanie tlenku azotu do dwutlenku azotu.

Pod koniec reakcji otrzymuje się 180 gramów dwutlenku azotu ze 150 gramów tlenku azotu i nadmiaru tlenu. Jaka jest procentowa wydajność?

Rzeczywista wydajność reakcji wynosi 180 gramów. Wiedząc, że tlenek azotu jest reagentem ograniczającym, mole o teoretycznej wydajności uzyskuje się na podstawie stechiometrii NO i NO₂. Po pierwsze, masa NO jest przekształcana w mole NO. Następnie stosuje się stosunek stechiometryczny NO:NO₂ (1:1), co sugeruje, że 5 moli NO₂ zostanie utworzonych z 5 moli NO. Po trzecie, mole NO₂ są przekształcane w masę.

W ostatnim kroku procentowy uzysk jest obliczany na podstawie stosunku rzeczywistego uzysku do uzysku teoretycznego.

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 4.4: Wydajność reakcji.