Avant d'effectuer des réactions chimiques, il est utile de savoir quelle quantité de produit sera produite avec des quantités données de réactifs. Ceci est connu comme le rendement théorique. Il s'agit d'une stratégie à utiliser lors du calcul du rendement théorique d'une réaction chimique. La même stratégie peut être appliquée pour déterminer le montant de chaque réactif nécessaire pour produire une quantité souhaitée de produit.
Calcul de l'échantillon de rendement théorique
10 grammes d'hydrogène gazeux sont brûlés en présence d'un excès d'oxygène gazeux pour produire de l'eau. Quelle quantité d'eau est produite?
La réaction où gaz hydrogène se combine avec l'oxygène gazeux pour produire de l'eau:
H2(g) + O2(g) → H2O (l)
Étape 1: assurez-vous que équations chimiques sont des équations équilibrées.
L'équation ci-dessus n'est pas équilibrée. Après équilibrage, l'équation devient:
2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O (l)
Étape 2: Déterminer les rapports molaires entre les réactifs et le produit.
Cette valeur est le pont entre le réactif et le produit.
le rapport molaire est le rapport stœchiométrique entre la quantité d'un composé et la quantité d'un autre composé dans une réaction. Pour cette réaction, pour deux moles d'hydrogène gazeux utilisées, deux moles d'eau sont produites. Le rapport molaire entre H2 et H2O est 1 mol H2/ 1 mol H2O.
Étape 3: Calculez le rendement théorique de la réaction.
Il y a maintenant suffisamment d'informations pour déterminer rendement théorique. Utilisez la stratégie:
- Utiliser la masse molaire de réactif pour convertir des grammes de réactif en moles de réactif
- Utiliser le rapport molaire entre le réactif et le produit pour convertir le réactif en moles en produit en moles
- Utilisez le masse molaire du produit à convertir les grains de beauté en grammes de produit.
Sous forme d'équation:
grammes de produit = grammes de réactif x (1 mol de réactif / masse molaire de réactif) x (rapport molaire produit / réactif) x (masse molaire de produit / 1 mol de produit)
Le rendement théorique de notre réaction est calculé en utilisant:
- masse molaire de H2 gaz = 2 grammes
- masse molaire de H2O = 18 grammes
grammes H2O = grammes H2 x (1 mol H2/ 2 grammes H2) x (1 mol H2O / 1 mol H2) x (18 grammes H2O / 1 mol H2O)
Nous avions 10 grammes de H2 gaz, donc:
grammes H2O = 10 g H2 x (1 mol H2/ 2 g H2) x (1 mol H2O / 1 mol H2) x (18 g H2O / 1 mol H2O)
Toutes les unités sauf les grammes H2O annuler, laissant:
grammes H2O = (10 x 1/2 x 1 x 18) grammes H2O
grammes H2O = 90 grammes H2O
Dix grammes d'hydrogène gazeux avec un excès d'oxygène produiront théoriquement 90 grammes d'eau.
Calculer le réactif nécessaire pour fabriquer une quantité définie de produit
Cette stratégie peut être légèrement modifiée pour calculer la quantité de réactifs nécessaire pour produire une quantité définie de produit. Modifions légèrement notre exemple: combien de grammes d'hydrogène gazeux et d'oxygène gazeux sont nécessaires pour produire 90 grammes d'eau?
Nous connaissons la quantité d'hydrogène nécessaire par le premier exemple, mais pour faire le calcul:
grammes de réactif = grammes de produit x (1 produit molaire / produit de masse molaire) x (rapport molaire réactif / produit) x (grammes de réactif / masse molaire réactif)
Pour l'hydrogène gazeux:
grammes H2 = 90 grammes H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol H2/ 1 mol H2O) x (2 g H2/ 1 mol H2)
grammes H2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) grammes H2 grammes H2 = 10 grammes H2
Cela correspond au premier exemple. Pour déterminer la quantité d'oxygène nécessaire, le rapport molaire de l'oxygène à l'eau est nécessaire. Pour chaque taupe d'oxygène gazeux utilisé, 2 moles d'eau sont produites. Le rapport molaire entre l'oxygène gazeux et l'eau est de 1 mol O2/ 2 mol H2O.
le équation pour grammes O2 devient:
grammes O2 = 90 grammes H2O x (1 mol H2O / 18 g) x (1 mol O2/ 2 mol H2O) x (32 g O2/ 1 mol H2)
grammes O2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) grammes O2
grammes O2 = 80 grammes O2
Pour produire 90 grammes d'eau, 10 grammes d'hydrogène gazeux et 80 grammes d'oxygène gazeux sont nécessaires.
Calculs de rendement théoriques sont simples tant que vous avez des équations équilibrées pour trouver les rapports molaires nécessaires pour combler les réactifs et le produit.
Examen rapide du rendement théorique
- Équilibrez vos équations.
- Trouvez le rapport molaire entre le réactif et le produit.
- Calculez en utilisant la stratégie suivante: Convertissez les grammes en moles, utilisez le rapport molaire pour combler les produits et les réactifs, puis reconvertissez les moles en grammes. En d'autres termes, travaillez avec des taupes, puis convertissez-les en grammes. Ne travaillez pas avec des grammes et supposez que vous obtiendrez la bonne réponse.
Pour plus d'exemples, examinez le problème de rendement théorique travaillé et des exemples de problèmes de réaction chimique en solution aqueuse.
Sources
- Petrucci, R.H., Harwood, W.S. et Herring, F.G. (2002) Chimie générale, 8e édition. Prentice Hall. ISBN 0130143294.
- Vogel, A. JE.; Tatchell, A. R.; Furnis, B. S.; Hannaford, A. J.; Smith, P. W. G. (1996) Manuel de Vogel sur la chimie organique pratique (5e éd.). Pearson. ISBN 978-0582462366.
- Whitten, K.W., Gailey, K.D. et Davis, R.E. (1992) Chimie générale, 4e édition. Éditions du Collège Saunders. ISBN 0030723736.