Theoretische Leistung

Was ist theoretische Leistung?

Er Theoretische Leistung Aus einer chemischen Reaktion stammt die maximale Menge, die von einem Produkt erhalten werden kann, wobei die vollständige Transformation der Reaktanten angenommen wird. Wenn für kinetische, thermodynamische oder experimentelle Gründe eines der Reagenzien teilweise reagiert, ist die resultierende Leistung niedriger als der Theoretiker.

Dieses Konzept ermöglicht den Vergleich der Lücke zwischen den auf Papier verfassten chemischen Reaktionen (chemische Gleichungen) und Realität. Einige mögen sehr einfach aussehen, aber experimentell komplex und mit geringen Erträgen; Während andere können sie bei der Ausführung umfangreich, aber einfach und hohe Leistung werden.

Alle chemischen Reaktionen und Reagenzien haben eine theoretische Leistung. Dank dieses können ein Grad der Wirksamkeit der Prozessvariablen und der Erfolge festgelegt werden. Eine höhere Leistung (und zu einer kürzeren Zeit) sind besser die für die Reaktion gewählten Bedingungen.

Für eine bestimmte Reaktion können Sie also ein Temperaturintervall, die Drahtgeschwindigkeit, die Zeit usw. auswählen., und optimale Leistung ausführen. Der Zweck solcher Bemühungen ist es, die theoretische Leistung auf die reale Leistung zu approximieren.

Was ist theoretische Leistung?

Die theoretische Leistung ist die aus einer Reaktion erhaltene Produktmenge unter der Annahme einer 100%igen Umwandlung. Das heißt, das gesamte begrenzende Reagenz muss verzehrt werden.

Alle Synthese müssen also idealerweise eine experimentelle oder reale Leistung entsprechen, die 100% entspricht. Obwohl dies nicht der Fall ist, gibt es Reaktionen mit hohen Erträgen (> 90%)

Es wird in Prozent ausgedrückt und um es zu berechnen, muss die chemische Gleichung der Reaktion verwendet werden. Aus Stöchiometrie wird es für eine bestimmte Menge an begrenztem Reagenz ermittelt, wie viel Produkt entsteht. Dann verglich, verglichen die Menge des erhaltenen Produkts (reale Leistung) mit der des bestimmten theoretischen Wertes:

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% Leistung = (reale Leistung/theoretische Leistung) ∙ 100%

Dieser % der Ertrag ermöglicht die Schätzung, wie effizient die Reaktion unter den ausgewählten Bedingungen war. Seine Werte schwingen abhängig von der Art der Reaktion drastisch, drastisch. Zum Beispiel kann bei einigen Reaktionen eine 50% ige Ausbeute (die Hälfte der theoretischen Ausbeute) als erfolgreiche Reaktion angesehen werden.

Aber was sind die Einheiten der genannten Leistung?? Die Masse der Reagenzien, dh ihre Menge an Gramm oder Maulwürfen. Um die Leistung einer Reaktion zu bestimmen, müssen die Gramme oder Maulwürfe, die theoretisch erhalten werden können.

Das obige kann mit einem einfachen Beispiel geklärt werden.

Beispiele für die theoretische Leistung

Beispiel 1

Betrachten Sie die folgende chemische Reaktion:

A + b => c

1st + 3gb => 4gc

Die chemische Gleichung hat nur stöchiometrische Koeffizienten 1 für Spezies A, B und C. Da sie hypothetische Spezies sind, sind seine molekularen oder atomaren Massen unbekannt, aber der Massenanteil, in dem sie reagieren; Dies ist für jeden Gramm A React 3 g B, um 4 g C zu ergeben (Massenschutz).

Daher beträgt die theoretische Leistung für diese Reaktion 4 g C, wenn 1 g von a mit 3 g von B reagiert.

Was wäre die theoretische Leistung, wenn Sie 9 g von a haben? Um es zu berechnen, reicht es aus, den Conversion -Faktor zu verwenden, der sich auf und C bezieht:

(9g a) ∙ (4g c/1g a) = 36 g c

Beachten Sie, dass die theoretische Leistung nun 36 g C anstelle von 4 g c beträgt, da es reaktiver ist auf.

Zwei Methoden: zwei Erträge

Für die vorherige Reaktion gibt es zwei Methoden zur Herstellung von C. Unter der Annahme, dass beide mit 9 g A gehen, hat jeder seine eigene echte Leistung. Die klassische Methode ermöglicht es, 23 g C innerhalb von 1 Stunde zu erhalten; Während nach der modernen Methode 29 g in einer halben Stunde erhalten werden kann.

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Was ist die % Ausbeute für jede der Methoden?? Da die theoretische Leistung 36 g C beträgt, wird die allgemeine Formel angewendet:

% Leistung (klassische Methode) = (23g C/ 36 g C) ∙ 100%

63,8%

% Leistung (moderne Methode) = (29 g C/ 36 g C) ∙ 100%

80,5%

Logischerweise hat die moderne Methode, die mehr Gramm C aus den 9 Gramm A (plus 27 Gramm B) verursacht.

Welche der beiden Methoden wählen? Auf den ersten Blick scheint die moderne Methode realisierbarer zu sein als die klassische Methode; In der Entscheidung der wirtschaftliche Aspekt und mögliche Umweltauswirkungen von jedem jedoch.

Beispiel 2

Betrachten Sie eine exotherme und vielversprechende Reaktion als Energiequelle:

H₂ + ENTWEDER₂ => H₂ENTWEDER

Beachten Sie, dass wie im vorherigen Beispiel die stöchiometrischen Koeffizienten von H₂ ICH₂ Sie sind 1. Es gibt 70 g H₂ gemischt mit 150 g o₂, Was wird die theoretische Leistung der Reaktion sein?? Was ist die Leistung, wenn 10 und 90 g H erhalten werden?₂ENTWEDER?

Hier ist ungewiss, wie viele Gramm H₂ oder o₂ reagieren; Daher müssen diesmal die Mol jeder Art bestimmt werden:

Maulwürfe von h₂= (70 g) ∙ (mol h₂/2 g)

35 Maulwürfe

Maulwürfe von o₂= (150 g) ∙ (mol oder₂/32g)

4.69 Maulwürfe

Das begrenzende Reagenz ist Sauerstoff, weil 1 mol H₂ reagiert mit 1mol O₂; und 4,69 Maulwürfe von oder haben₂, Dann reagieren sie 4,69 Mol von H₂. Auch die Mol von H₂Oder gebildet ist gleich 4,69. Daher beträgt die theoretische Leistung 4,69 Mol oder 84,42 g H₂Oder (multiplizieren die Maulwürfe mit der molekularen Masse des Wassers).

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Sauerstoffmangel und überschüssige Verunreinigungen

Wenn 10g H produzieren₂Oder die Leistung wird sein:

% Leistung = (10g h₂O/84.42g h₂O) ∙ 100%

11,84%

Das ist niedrig, weil ein großes Wasserstoffvolumen mit sehr wenig Sauerstoff gemischt wurde.

Und wenn andererseits 90 g H hergestellt werden₂Oder die Leistung wird jetzt sein:

% Leistung = (90 g h₂O/ 84.42g h₂O) ∙ 100%

106,60%

Keine Ausbeute kann höher sein als der Theoretiker, daher ist ein Wert über 100% eine Anomalie. Dies kann jedoch auf folgenden Ursachen zurückzuführen sein:

-Das Produkt sammelte andere Produkte, die durch laterale oder sekundäre Reaktionen verursacht wurden.

-Das Produkt wurde während oder am Ende der Reaktion kontaminiert.

Bei der Reaktion dieses Beispiels ist die erste Ursache unwahrscheinlich, da zusätzlich zu Wasser kein anderes Produkt vorhanden ist. Die zweite Ursache, bei dem es unter solchen Bedingungen wirklich 90 g Wasser erhält, zeigt, dass es einen Eintritt anderer gasförmiger Verbindungen gab (wie z. B. Co₂ und n₂) dass sie zusammen mit dem Wasser fälschlicherweise wogen.

Verweise

1. Khan Akademie. Begrenzung von Reagenzien und peranter Ausbeute. Erholt von: Khanacademy.Org
2. Einführungschemie. (S.F.). Ergibt. Erholt von: Saylordotorg.Github.Io
3. Einführungskurs in der allgemeinen Chemie. (S.F.). Begrenzung von Reagenz und Leistung. Universität Valladolid. Erholt von: Eis.Traube.Ist