If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Tantárgy/kurzus: Kémia könyvtár > 5. témakör

3. lecke: A meghatározó reagens mennyisége
Természettudomány
Kémia könyvtár
Kémiai reakciók és sztöchiometria
A meghatározó reagens mennyisége
© 2024 Khan AcademyFelhasználási feltételekAdatkezelési tájékoztatóSüti figyelmeztetés

Meghatározó reagens és kitermelés

Google Osztályterem
Hogyan határozzuk meg a meghatározó reagenst, és alkalmazzuk a sztöchiometriát az elméleti hozam és kitermelés kiszámításához?

Meghatározó reagens és elméleti hozam

Kezdjük egy klasszikus feladvánnyal: Hány hot dogot tudunk készíteni öt virsliből és négy kifliből?
Öt virsliből és négy kifliből négy hot dogot tudunk készíteni és egy virsli megmarad. A kifli a meghatározó hozzávaló (vagyis meghatározó reagens), és a megmaradt egy virsli a felesleges hozzávaló (vagyis felesleges reagens). A négy elkészült hot dog az elméleti hozam.
Ha feltételezzük, hogy egy hot dog egy virsliből és egy kifliből áll, akkor csak annyi hot dogot tudunk készíteni, ahány kiflink van, mivel az fogy el elsőként. Ebben az ideálisnak aligha mondható helyzetben a kifli a meghatározó hozzávaló vagy meghatározó reagens.
A kémiai egyenletben a meghatározó reagens az a kiindulási anyag, ami meghatározza, hogy mennyi termék keletkezik. A többi kiindulási anyagot olykor úgy tekintjük, hogy feleslegben vannak, mivel mire a meghatározó reagens elfogy, még marad belőlük. Azt a maximális mennyiséget, ami a termékből keletkezhet, elméleti hozamnak nevezzük. Az előbbi feladványban az elméleti hozam négy teljes hot dog, mivel négy kiflink van. De most már elég a hot dogokból! A következő példában egy tényleges kémiai reakcióban fogjuk megkeresni a meghatározó reagenst, és ki fogjuk számolni az elméleti hozamot.
Javaslat a feladatok megoldásához: A kémiai számításoknál — úgy, mint a meghatározó reagens és az elméleti hozam meghatározásánál is — az első és legfontosabb lépés, hogy felírjuk a reakcióegyenletet! Mivel a számításainkhoz használt arányokat a sztöchiometriai együtthatók segítségével határozzuk meg, ha a sztöchiometriai együtthatók rosszak, a számításaink is hibásak lesznek.

1. Feladat: Keresd meg a meghatározó reagenst!

A következő reakcióban mi a meghatározó reagens, ha kiinduláskor 2,80g Al és 4,25g Cl2 áll rendelkezésünkre?
2Al(sz)+3Cl2(g)→2AlCl3(sz)
Először ellenőrizzük, hogy helyes-e a reakcióegyenletünk: az egyenlet mindkét oldalán 2 Al atom és hat Cl atom van, vagyis rendben vagyunk! A feladatban ismerjük a kiindulási anyagok tömegét, és azt szeretnénk megtudni, hogy a reakció során melyik anyag fogy el elsőként. Ehhez először a kiindulási anyagok tömegét át kell számítani anyagmennyiségre (mólra), majd az egyenletből származó sztöchiometriai arányokat használva megállapítjuk a meghatározó reagenst.

1. lépés: A kiindulási anyagok anyagmennyiségének meghatározása

A moláris tömegek segítségével az Al és a Cl2 tömegéből kiszámolhatjuk azok anyagmennyiségét.
Al anyagmennyisége=2,80g Al⋅1mol Al26,98g Al=1,04⋅10−1mol Al                (Al tömegéből az anyagmennyiségének meghatározása)
Cl2anyagmennyisége=4,25g Cl2⋅1mol Cl270,90g Cl2=5,99⋅10−2mol Cl2         (Cl2 tömegéből az anyagmennyiségének meghatározása)

2. lépés: A sztöchiometriai arányok ismeretében keressük meg a meghatározó reagenst!

Most, hogy ismerjük a rendelkezésre álló anyagok anyagmennyiségét, több lehetőségünk is van a meghatározó reagens azonosítására. Három módszert mutatunk be. Mivel mindhárommal ugyanazt a választ kapjuk, kiválaszthatod közülük a kedvencedet. Mindhárom módszernél a sztöchiometriai arányokat használjuk, de némiképpen eltérő módon.
1. Módszer: Az első módszernél kiszámoljuk a rendelkezésünkre álló anyagok anyagmennyiségének arányát (aktuális arány), majd összehasonlítjuk a rendezett egyenlet sztöchiometriai arányaival.
Aktuális arány=Al anyagmennyisége Cl2anyagmennyisége=1,04⋅10−1mol Al5,99⋅10−2mol Cl2=1,74mol Al1 mol Cl2
Az aktuális arányból láthatjuk, hogy 1,74 mol Al jut 1 mol Cl2-ra. Összehasonlításként a rendezett egyenletből adódó sztöchiometriai arány:
Sztöchiometriai arány=2mol Al3mol Cl2=0,67mol Al1mol Cl2
Ezek szerint legalább 0,67 mol Al-ra van szükségünk egy mol Cl2-hoz. Mivel a rendelkezésünkre álló anyagok anyagmennyiségének aránya nagyobb, mint a sztöchiometriai arány, több Al áll rendelkezésünkre, mint amennyi a Cl2-ral való reakcióhoz szükséges. Tehát a Cl2 a meghatározó reagens és az Al feleslegben van.
2. Módszer: Ez egy feltételezésen és a feltételezés ellenőrzésén alapuló módszer a meghatározó reagens azonosítására. Kiválasztjuk az egyik reagenst - mindegy, melyiket - és úgy teszünk, mintha ez lenne a meghatározó reagens. A feltételezett meghatározó reagens anyagmennyisége alapján kiszámolhatjuk, hány mol anyagra van szükségünk a másik reagensből. Például, ha feltételezzük, hogy az Al a meghatározó reagens, kiszámolhatjuk az ehhez szükséges Cl2 mennyiségét:
Cl2 anyagmennyisége=1,04⋅10−1mol Al⋅3mol Cl22mol Al=1,56⋅10−1mol Cl2
A számítás alapján 1,56⋅10−1mol Cl2-ra lenne szükségünk, ha azt feltételezzük, hogy az Al a meghatározó reagens. Mivel 5,99⋅10−2mol Cl2 áll rendelkezésünkre, ami kevesebb, mint 1,56⋅10−1mol Cl2, a számításunk szerint hamarabb elfogyna a Cl2, minthogy az összes Al reakcióba léphetett volna. Vagyis a Cl2 a meghatározó reagens.
3. Módszer: A harmadik módszer a reakció anyagmennyiségének meghatározásán alapul. Egy mol reakció során a definíció szerint a rendezett reakcióegyenletben szereplő sztöchiometriai együtthatóknak megfelelő anyagmennyiségű anyagok reagálnak. Ez a meghatározás meglehetősen bonyolultnak hangzik, de az elv remélhetőleg könnyebben megérthető a példán keresztül. A fenti reakció esetén 1 mol reakció az, melynek során 2 mol Al reagál 3 mol Cl2-ral és 2 mol AlCl3 keletkezik, amit úgy is leírhatunk, hogy
1mol reakció=2mol Al=3mol Cl2=2mol AlCl3
A fenti összefüggést használva arányokat állíthatunk fel, melyekkel az egyes reagensek anyagmennyiségéből kiszámolhatjuk a reakció anyagmennyiségét.
1,04⋅10−1mol Al⋅1mol reakció2mol Al=5,20⋅10−2mol reakció            (a reakció anyagmennyiségének kiszámítása az Al anyagmennyiségéből)
5,99⋅10−2mol Cl2⋅1mol reakció3mol Cl2=2,00⋅10−2mol reakció        (a reakció anyagmennyiségének kiszámítása a Cl2 anyagmennyiségéből)
Minél nagyobb a reakció anyagmennyisége, annál többször mehet végbe a reakció. Vagyis a kisebb anyagmennyiségű reakciót adó reagens a meghatározó reagens, hiszen azzal a reagenssel a reakció kevesebbszer játszódhat le. Láthatjuk, hogy ez a módszer is megerősíti, hogy a Cl2 a meghatározó reagens, mivel ez 2,00⋅10−2mol reakciót ad, ami kevesebb, mint az Al mennyiségéből számított 5,20⋅10−2mol reakció .

2. feladat: Az elméleti hozam meghatározása

Most, hogy már ismerjük a meghatározó reagenst, megválaszolhatjuk az alábbi kérdést:
Mennyi a reakció során az elméleti hozam az AlCl3-ra nézve, ha kiinduláskor a meghatározó reagensünkből, a Cl2-ból 4,25 g áll rendelkezésünkre?
A meghatározó reagens anyagmennyiségéből a reakcióegyenletben szereplő sztöchiometriai együtthatók segítségével kiszámíthatjuk az elméleti hozamot. A reakcióegyenlet együtthatói alapján 3 mol Cl2-ból 2 mol AlCl3 képződik. Tehát az elméleti hozam anyagmennyisége:
Elméleti hozam (mol)=5,99⋅10−2mol Cl2⋅2mol AlCl33mol Cl2=3,99⋅10−2mol AlCl3
Az elméleti hozamot általában tömegegységben szoktuk megadni, ezért az AlCl3 anyagmennyiségéből a moláris tömege segítségével kiszámíthatjuk annak tömegét:
Elméleti hozam (g)=3,99⋅10−2mol AlCl3⋅133,33g AlCl31mol AlCl3=5,32g AlCl3

Kitermelés

Az elméleti hozam a meghatározó reagens mennyisége alapján keletkező maximális termékmennyiség. A gyakorlatban azonban a kémikusok több okból kifolyólag sem mindig érik el a maximális hozamot. A laborban lejátszódó reakciók esetén gyakran a termék tisztítása vagy izolálása során keletkezik veszteség. Az is előfordulhat, hogy úgy döntesz, megéri a terméked 10%-át elveszíteni egy további tisztítási lépéssel, mert fontosabb, hogy a termék nagyon nagy tisztaságú legyen - mintsem, hogy nagyobb mennyiségű, de kevésbé tiszta terméked legyen.
Egy csíkos tolvaj macska szemmaszkban egy ellopott kiflit tart.
Jaj ne, egy tolvaj macska ellopott egy kiflit! Így a tényleges hozam három hot dog lett. Ha az elméleti hozamunk 4 hot dog volt, mennyi a kitermelés?
Annak ellenére, hogy milyen szépnek és egyértelműnek tűnik egy rendezett kémiai egyenlet, a reagensek váratlan és nemkívánatos módon is reagálhatnak egymással, például teljesen más reakció játszódhat le - ezt hívják néha mellékreakciónak - és olyan termékek keletkezhetnek, amikre nincs szükségünk. A valós hozam változhat például olyan tényezők, mint a reagensek és a termékek relatív stabilitása, a felhasznált anyagok tisztasága vagy az aznapi páratartalom függvényében. Néhány esetben előfordulhat, hogy a reakció végén megmarad az összes kiindulási anyag és nem keletkezik termék. A lehetőségek száma végtelen!
Mivel a kémikusok tudják, hogy a valós hozam kisebb lehet, mint az elméleti hozam, a valós hozamot kitermelésként adják meg, ami megmutatja, hogy az elméleti hozam hány százalékát értük el. Ez az arány nagyon hasznos lehet majd azoknak, akik szintén elvégzik ezt a reakciót. A kitermelést az alábbi egyenlettel határozhatjuk meg:
kitermelés=valós hozamelméleti hozam⋅100%
Mivel a kitermelés százalék, normál esetben 0 és 100 közötti kitermelést várnál. Ha a kitermelésed nagyobb, mint 100, az valószínűleg azt jelenti, hogy valamit rosszul számoltál vagy mértél.

3. feladat: Az elméleti hozam és a kitermelés meghatározása

A következő reakcióban a meghatározó reagens a BaCl2, amiből 1,56 g áll rendelkezésünkre. A kívánt termékből, az AgCl-ból 1,82 g-ot állítottunk elő.
BaCl2(f)+2AgNO3(f)→2AgCl(sz)+Ba(NO3)2(f)
Mennyi a kitermelés?
Először ellenőrizzük, hogy rendezve van-e a reakcióegyenlet. Úgy tűnik, hogy azonos számú atom van mindkét oldalon, így továbbléphetünk az elméleti hozam meghatározására.

1. lépés: A meghatározó reagens anyagmennyiségének kiszámítása.

A moláris tömeg segítségével kiszámolhatjuk a meghatározó reagens, a BaCl2 anyagmennyiségét:
1,56g BaCl2⋅1mol BaCl2208,23g BaCl2=7,49⋅10−3mol BaCl2

2. lépés: A termék anyagmennyiségének meghatározása.

A rendezett egyenletben szereplő sztöchiometriai együtthatók segítségével kiszámolhatjuk, hogy várhatóan hány mol AgCl keletkezik. A rendezett egyenlet alapján 1 mol BaCl2-ból 2 mol AgCl keletkezik:
7,49⋅10−3mol BaCl2⋅2mol AgCl1mol BaCl2=1,50⋅10−2mol AgCl

3. lépés: A termék tömegének meghatározása.

Ha az AgCl anyagmennyiségének és moláris tömegének segítségével kiszámoljuk annak tömegét, megkapjuk a grammban kifejezett elméleti hozamot:
1,50⋅10−2mol AgCl⋅143,32g AgCl1mol AgCl=2,15g AgCl
Az elméleti hozam és a valós hozam ismeretében kiszámolhatjuk a kitermelést az alábbi egyenlet segítségével:
kitermelés=valós hozamelméleti hozam⋅100%=1,82g AgCl2,15g AgCl⋅100%=84,6%hozam

Összefoglalás

A meghatározó reagens az a kiindulási anyag, ami először fogy el a reakció során, és így meghatározza, hogy mennyi termék keletkezhet. A meghatározó reagenst meghatározhatjuk a rendezett reakcióegyenlet sztöchiometriai arányai és az 1. feladatban bemutatott valamelyik remek módszer segítségével.
Ha már tudjuk, hogy mi a meghatározó reagens, kiszámolhatjuk, hogy legfeljebb mennyi termék képződhet - ezt hívjuk elméleti hozamnak. Mivel a keletkező termék tényleges mennyisége gyakran kevesebb, mint az elméleti hozam, az elméleti és a valós hozam arányából a kémikusok a kitermelést is kiszámítják.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Jelentkezz be
Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.