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4.3:

Reaktionsausbeute

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Chemistry
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Reaction Yield

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Bei einer chemischen Reaktion ist der theoretische Ertrag die Menge eines Produktes, das bei hundertprozentiger Umwandlung des für das Produkt limitierenden Reaktanten entsteht. BETRACHTEN SIE DIESES BEISPIEL:Nehmen wir an, 80 Maiskörner werden erhitzt, um Popcorn herzustellen. Angenommen, alle Maiskörner werden aufgehen, dann beträgt der theoretische Ertrag 80 Stück Popcorn.Wenn jedoch nur 50 Samenkörner knallen, beträgt der tatsächliche Ertrag nur 50 Stück. Der tatsächliche Ertrag ist also die Menge an Produkt, die entsteht. Das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Ertrag und dem theoretischen Ertrag multipliziert mit einhundert ergibt das Prozent des Ertrags, der in diesem Fall 62, 5 Prozent beträgt.Für viele chemische Reaktionen ist der theoretische Ertrag, der auf der Stöchiometrie basiert, größer als der tatsächlich erzielte Ertrag. Gewöhnlich geht eine bestimmte Menge der Reaktanten durch Nebenreaktionen verloren, ein Teil des Produkts geht durch reversible Reaktionen verloren, oder es ist schwierig, das Produkt ohne einen gewissen Verlust zu sammeln. Betrachten Sie die Verbrennung von Magnesium.Wenn ein Stück Magnesiummetall entflammt wird, reagiert es mit dem Sauerstoff in der Luft unter Bildung von Magnesiumoxid. An der chemischen Reaktion sind 2 Mol Magnesium und ein Mol Sauerstoff beteiligt, um 2 Mol Magnesiumoxid zu bilden. Angenommen, wir haben 63, 4 Gramm Magnesium und 50, 7 Gramm Sauerstoff, wie viel Magnesiumoxid könnte produziert werden?Zuerst wird der theoretische Ertrag berechnet, die Masse jedes Reaktanten wird umgerechnet unter Verwendung der Molmassen in die entsprechenden Mengen in Mol. Dann, unter Verwendung von Molverhältnissen, wird die Anzahl der Mol der Reaktanten Magnesium und Sauerstoff in Mol Produkt, Magnesiumoxid, umgewandelt. Da Magnesium die geringste Produktmenge ausmacht, ist es der limitierende Reaktant, und der theoretische Ertrag beträgt 2, 6 Mol.Bezogen auf die Masse, beträgt der theoretische Ertrag 105 Gramm. Sobald die Reaktion abgeschlossen ist, wird der tatsächliche Ertrag des Produkts 80, 0 Gramm betragen. Somit ist der prozentuale Ertrag bei der Herstellung von Magnesiumoxid 76, 2 Prozent.

4.3:

Reaktionsausbeute

The theoretical yield of a reaction is the amount of product estimated to form based on the stoichiometry of the balanced chemical equation. The theoretical yield assumes the complete conversion of the limiting reactant into the desired product. The amount of product that is obtained by performing the reaction is called the actual yield, and it may be less than or (very rarely) equal to the theoretical yield.

Percent Yield

In the case of chemical reactions, the actual yield of the product is often less than the theoretical yield predicted based on the reaction’s stoichiometry. When reactions are performed under a given set of conditions, an inevitable loss in mass is expected due to several reasons. Some reactions are naturally inefficient, generating other undesirable products through side reactions. Others are incomplete due to their reversible nature, accompanied by a state of equilibrium between the reactants and products. Sometimes the loss in product mass is due to inadequate recovery of the desired product from the reaction mixture during purification techniques such as crystallization, distillation, filtration, and chromatography. In cases where product loss is experienced, percent yield is used to measure the extent to which a reaction’s theoretical yield is achieved.

Eq1

Actual and theoretical yields may be expressed as masses or molar amounts (or any other appropriate property, e.g., volume, if the product is a gas). As long as both yields are expressed using the same units, these units will cancel when percent yield is calculated.

Calculating Percent Yield

Consider the combustion of nitric oxide to nitrogen dioxide.

Eq2

At the end of the reaction, 180 grams of nitrogen dioxide is obtained from 150 grams of nitric oxide and an excess of oxygen. What is the percent yield?

The actual yield of the reaction is 180 grams. Knowing that nitric oxide is the limiting reactant, the moles of theoretical yield are obtained based on the stoichiometry of NO and NO2. First, the mass of NO is converted to moles of NO. Then, the stoichiometric ratio of NO:NO2 (1:1) is applied, which suggests that 5 moles of NO2 will be formed from 5 moles of NO. Third, the moles of NO2 are converted to mass.

Eq3

In the final step, percent yield is calculated based on the ratio of the actual yield to the theoretical yield.

Eq4

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 4.4: Reaction Yields.