Antes de realizar reacciones químicas, es útil saber cuánto producto se producirá con cantidades dadas de reactivos. Esto se conoce como el rendimiento teórico. Esta es una estrategia para usar cuando se calcula el rendimiento teórico de una reacción química. Se puede aplicar la misma estrategia para determinar la cantidad de cada reactivo necesario para producir una cantidad deseada de producto.
Cálculo de muestra de rendimiento teórico
Se queman 10 gramos de gas hidrógeno en presencia de exceso de oxígeno gaseoso para producir agua. ¿Cuánta agua se produce?
La reacción donde gas de hidrogeno se combina con gas oxígeno para producir agua es:
H2(g) + O2(g) → H2O (l)
Paso 1: asegúrese de que su ecuaciones químicas son ecuaciones balanceadas
La ecuación anterior no está equilibrada. Después equilibrio, la ecuación se convierte en:
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O (l)
Paso 2: Determine las relaciones molares entre los reactivos y el producto.
Este valor es el puente entre el reactivo y el producto.
los relación molar
es la relación estequiométrica entre la cantidad de un compuesto y la cantidad de otro compuesto en una reacción. Para esta reacción, por cada dos moles de gas de hidrógeno utilizado, se producen dos moles de agua. La relación molar entre H2 y H2O es 1 mol de H2/ 1 mol H2O.Paso 3: Calcular el rendimiento teórico de la reacción.
Ahora hay suficiente información para determinar el rendimiento teórico. Usa la estrategia:
- Use la masa molar de reactivo para convertir gramos de reactivo a moles de reactivo
- Use la relación molar entre reactivo y producto para convertir moles de reactivo en moles de producto
- Utilizar el masa molar del producto a convertir moles de producto a gramos de producto.
En forma de ecuación:
gramos de producto = gramos de reactivo x (1 mol de reactivo / masa molar de reactivo) x (relación molar de producto / reactivo) x (masa molar de producto / 1 producto de mol)
El rendimiento teórico de nuestra reacción se calcula usando:
- masa molar de H2 gas = 2 gramos
- masa molar de H2O = 18 gramos
gramos de H2O = gramos H2 x (1 mol de H2/ 2 gramos de H2) x (1 mol de H2O / 1 mol H2) x (18 gramos de H2O / 1 mol H2O)
Teníamos 10 gramos de H2 gas, entonces:
gramos de H2O = 10 g de H2 x (1 mol de H2/ 2 g de H2) x (1 mol de H2O / 1 mol H2) x (18 g de H2O / 1 mol H2O)
Todas las unidades excepto gramos H2O cancelar, dejando:
gramos de H2O = (10 x 1/2 x 1 x 18) gramos H2O
gramos de H2O = 90 gramos de H2O
Diez gramos de hidrógeno gaseoso con exceso de oxígeno producirán teóricamente 90 gramos de agua.
Calcular el reactivo necesario para hacer una cantidad establecida de producto
Esta estrategia puede modificarse ligeramente para calcular la cantidad de reactivos necesario para producir una cantidad establecida de producto. Cambiemos ligeramente nuestro ejemplo: ¿Cuántos gramos de gas hidrógeno y gas oxígeno se necesitan para producir 90 gramos de agua?
Sabemos la cantidad de hidrógeno necesaria por el primer ejemplo, pero para hacer el cálculo:
gramos de reactivo = gramos de producto x (producto 1 mol / producto de masa molar) x (relación molar de reactivo / producto) x (gramos de reactivo / reactivo de masa molar)
Para gas hidrógeno:
gramos de H2 = 90 gramos de H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol de H2/ 1 mol H2O) x (2 g de H2/ 1 mol H2)
gramos de H2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) gramos H2 gramos de H2 = 10 gramos de H2
Esto concuerda con el primer ejemplo. Para determinar la cantidad de oxígeno necesaria, se necesita la relación molar de oxígeno a agua. por cada lunar del gas oxígeno utilizado, se producen 2 moles de agua. La relación molar entre el oxígeno gaseoso y el agua es de 1 mol O2/ 2 mol H2O.
los ecuación para gramos de O2 se convierte en:
gramos de O2 = 90 gramos de H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol de O2/ 2 mol H2O) x (32 g de O2/ 1 mol H2)
gramos de O2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) gramos O2
gramos de O2 = 80 gramos de O2
Para producir 90 gramos de agua, se necesitan 10 gramos de gas hidrógeno y 80 gramos de gas oxígeno.
Cálculos teóricos de rendimiento son sencillos siempre que tenga ecuaciones equilibradas para encontrar las proporciones molares necesarias para unir los reactivos y el producto.
Revisión rápida del rendimiento teórico
- Balancea tus ecuaciones.
- Encuentre la relación molar entre el reactivo y el producto.
- Calcule usando la siguiente estrategia: convierta gramos a moles, use la relación molar para unir productos y reactivos, y luego convierta los moles nuevamente a gramos. En otras palabras, trabaje con lunares y luego conviértalos a gramos. No trabaje con gramos y suponga que obtendrá la respuesta correcta.
Para más ejemplos, examine el problema teórico de rendimiento trabajado y solución acuosa problemas de ejemplo de reacción química.
Fuentes
- Petrucci, R.H., Harwood, W.S. y Herring, F.G. (2002) Química General, 8a edición. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
- Vogel, A. YO.; Tatchell, A. R.; Furnis, B. S.; Hannaford, A. J.; Smith, P. W. SOL. (1996) Libro de texto de Vogel de química orgánica práctica (5ª ed.). Pearson ISBN 978-0582462366.
- Whitten, K.W., Gailey, K.D. y Davis, R.E. (1992) Química General, 4ta edición. Saunders College Publishing. ISBN 0030723736.