Tabla de Contenidos
Hiệu suất phần trăm, còn được gọi là hiệu suất phần trăm, là tỷ lệ cho chúng ta biết lượng sản phẩm của phản ứng hóa học thực sự thu được bằng cách thực hiện phản ứng nói trên cho mỗi 100 phần dự kiến thu được từ sản phẩm dựa trên tính toán cân bằng hóa học. . Nói cách khác, nó tương ứng với tỷ lệ phần trăm của lượng sản phẩm dự kiến thu được từ một phản ứng hóa học thực sự thu được.
Ví dụ: nếu hiệu suất phần trăm của phản ứng là 85%, điều này có nghĩa là cứ 100 gam (hoặc mol hoặc tấn hoặc miligam, v.v.) của sản phẩm dự kiến thu được, thì trên thực tế, chỉ thu được bằng thực nghiệm. 85 gam (hoặc mol, tấn, miligam, hoặc loại khác).
Vì những lý do logic và do định luật bảo toàn vật chất, định luật chỉ ra rằng nó không thể được tạo ra hoặc phá hủy mà chỉ được biến đổi, tỷ lệ phần trăm năng suất không bao giờ có thể lớn hơn 100%. Nếu đây không phải là trường hợp, tỷ lệ phần trăm năng suất lớn hơn 100% sẽ chỉ ra rằng nhiều sản phẩm thu được hơn mức có thể từ lượng chất phản ứng có mặt. Điều này tương đương với việc giả vờ lấy được hai chiếc bánh trở lên trong khi nguyên liệu chỉ làm được một chiếc.
Công thức phần trăm năng suất
Công thức cho tỷ lệ phần trăm năng suất (được ký hiệu là %R) có dạng giống như bất kỳ tỷ lệ phần trăm nào khác:
trong đó %R là phần trăm sản lượng, RR là sản lượng thực tế và RT tương ứng với sản lượng lý thuyết.
Trong công thức này, cả hai phần sản lượng có thể được báo cáo trong bất kỳ đơn vị nào đại diện cho lượng sản phẩm thu được hoặc dự kiến thu được. Điều kiện duy nhất là cả hai đều thuộc cùng một đơn vị và chúng xử lý cùng một chất. Ví dụ, năng suất có thể tương ứng với khối lượng của một sản phẩm nhất định, với số mol, thể tích của nó, v.v.
Một khía cạnh quan trọng khác cần lưu ý là thực tế là nó không nhất thiết phải được tính toán từ số lượng sản phẩm được sản xuất. Hiệu suất phần trăm cũng có thể được tính từ lượng tiêu thụ của chất phản ứng đã được tiêu thụ trong phản ứng.
Hiệu suất lý thuyết và thực nghiệm, tại sao chúng khác nhau?
Bất cứ khi nào chúng ta trộn hai hoặc nhiều chất phản ứng để thực hiện phản ứng hóa học, chúng ta có thể tính toán lượng sản phẩm mà chúng ta sẽ thu được từ lượng chất phản ứng đã biết mà chúng ta thêm vào bằng phương pháp cân bằng hóa học đơn giản. Vì lượng sản phẩm này (được gọi là hiệu suất) được tính toán từ các tỷ lệ cân bằng hóa học của phản ứng hóa học, nên nó được gọi là hiệu suất lý thuyết.
Mặt khác, lượng sản phẩm mà chúng ta thực sự thu được khi trộn lượng chất phản ứng và thực hiện phản ứng hóa học, được gọi là năng suất thí nghiệm, năng suất thực tế hoặc năng suất thực tế .
Trong trường hợp lý tưởng, chúng ta sẽ thu được chính xác lượng sản phẩm giống như lượng được tính bằng phép cân bằng hóa học. Trong trường hợp này, tỷ suất phần trăm sẽ là 100%. Tuy nhiên, có rất nhiều yếu tố khiến hiệu suất thực nghiệm không bao giờ bằng lý thuyết. Một số yếu tố này là:
- Lỗi đo lường thực nghiệm cả về lượng thuốc thử hỗn hợp và trong việc cân hoặc xác định lượng sản phẩm thu được.
- Sự hiện diện của tạp chất trong thuốc thử.
- Sự hiện diện của các cân bằng hóa học ngăn cản phản ứng tiến triển đến kết thúc vì một phần sản phẩm được chuyển đổi trở lại thành chất phản ứng.
- Tốc độ của phản ứng. Nếu phản ứng diễn ra rất chậm và dừng quá sớm, chúng ta sẽ thu được ít sản phẩm hơn mong đợi.
- Tổn thất chất phản ứng và sản phẩm trong quá trình chuyển chất từ vật chứa này sang vật chứa khác.
- Sự xuất hiện của các phản ứng hóa học song song ảnh hưởng đến một phần thuốc thử, trong số những phản ứng khác.
Nhiều yếu tố trong số này có thể được kiểm soát ở một mức độ nào đó, nhưng hầu hết sẽ luôn hiện hữu.
Tầm quan trọng của tỷ lệ phần trăm năng suất
Tỷ lệ phần trăm năng suất là một khái niệm cơ bản trong hóa học vì nó cho phép chúng ta hiểu và so sánh hiệu quả của một phản ứng hóa học hoặc một lộ trình tổng hợp để tạo ra một sản phẩm. Hiệu suất càng cao, tức là càng gần 100%, có nghĩa là phản ứng đã tiến triển ở mức độ lớn hơn và phần lớn sản phẩm có thể được thu hồi và cân.
Mặt khác, hiệu suất phần trăm thấp cho thấy rằng một phần lớn thuốc thử đã phản ứng không thể chuyển hóa thành sản phẩm mong muốn. Điều này có ý nghĩa nghiêm trọng từ quan điểm kinh tế, vì nó làm tăng lượng chất phản ứng phải được kết hợp để thu được một lượng sản phẩm nhất định.
Ví dụ về tính toán phần trăm năng suất
ví dụ 1
tuyên bố
Trộn một lượng axit axetic và etanol vừa đủ để tổng hợp được 20,00 kg etyl axetat. Thực hiện phản ứng thu được 15,00 kg etyl axetat. Xác định hiệu suất phần trăm của phản ứng.
Giải pháp
Điều đầu tiên cần làm trong trường hợp này là trích xuất dữ liệu từ câu lệnh. Vì 15,00 kg etyl axetat là lượng thực tế thu được, nên điều này tương ứng với sản lượng thực tế. Đồng thời, lượng etyl axetat cần thu được, nghĩa là năng suất lý thuyết, là 20kg. Với thông tin này, chúng ta có thể áp dụng công thức phần trăm hoàn vốn:
Trả lời
Phản ứng có hiệu suất phần trăm là 75%.
ví dụ 2
tuyên bố
100 mol khí hydro được phản ứng với đủ oxy để tạo ra nước. Phản ứng xảy ra là :
Bằng cách thực hiện phản ứng hóa học, 900 g nước đã thu được. Xác định hiệu suất phần trăm của phản ứng.
Giải pháp
Trong trường hợp này, năng suất thực nghiệm (là 900 g nước) được đưa ra, nhưng năng suất lý thuyết không được đưa ra. Tuy nhiên, chúng ta biết lượng của một trong những chất phản ứng đã được sử dụng để thực hiện phản ứng (hydro), vì vậy chúng ta có thể tính toán lượng nước cần thu được bằng cách sử dụng một tập hợp các tỷ lệ cân bằng hóa học:
Bây giờ chúng ta có năng suất lý thuyết, chúng ta có thể tính toán năng suất phần trăm:
Trả lời:
Phản ứng chỉ có hiệu suất 50%. Điều này có nghĩa là nó chỉ mang lại một nửa những gì nó có thể mang lại.
Người giới thiệu
- Nâu, T. (2021). Hóa học: Khoa học Trung tâm (tái bản lần thứ 11). Luân Đôn, Anh: Giáo dục Pearson.
- Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học (tái bản lần thứ 10). Thành phố New York, NY: MCGRAW-HILL.
- Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K., & Langley, R. (2019). Hóa học: Nguyên tử 2e đầu tiên . Lấy từ https://openstax.org/books/chemology-atoms-first-2e/pages/1-introduction
- Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019b). Hóa học 2e . Lấy từ https://openstax.org/books/chemology-2e/pages/1-1-chemology-in-context
