Калькулятор теоретического выхода

Теоретический выход = (масса лимитирующего реагента ÷ его молярная масса) × мольное соотношение × молярная масса продукта

m

Масса лимитирующего реагента, с которой вы начинаете, в граммах. Это тот реагент, который израсходуется первым, — всё остальное взято в избытке

M(реагент)

Молярная масса лимитирующего реагента, в граммах на моль. Она суммируется по стандартным атомным весам той формулы, которую вы ввели

n(реагент)

Моли лимитирующего реагента: масса, делённая на его молярную массу. Если моли уже известны, введите их, а поле массы можно оставить пустым

n(продукт)

Моли продукта, то есть моли реагента, умноженные на мольное соотношение. Это соотношение считывается с коэффициентов уравненного уравнения и вводится вами

M(продукт)

Молярная масса продукта, в граммах на моль. Умножение молей продукта на неё — последний шаг, а ответ получается массой

Он нужен всякий раз, когда задача по стехиометрии спрашивает, сколько продукта может дать данное количество исходного вещества: до эксперимента — чтобы спланировать загрузку, после него — чтобы получить число, с которым потом сравнивают практический выход. Это же страница для проверки найденного рецепта: введите количества, которые он требует, и посмотрите, согласуется ли заявленная масса продукта с уравнением. Двух вещей он за вас не сделает: не уравняет уравнение и не решит, какой реагент израсходуется первым, — и то и другое здесь входные данные, а таблица ниже показывает несколько соотношений, чтобы было видно, насколько они различаются.

1. Аммиак из азота — первый учебный случай

   1. Молярная масса N2: 2 × 14,007 = 28,014 грамма на моль
   2. Моли азота: 28,014 ÷ 28,014 = 1 моль
   3. N2 + 3H2 → 2NH3 даёт два моля аммиака на моль азота: 1 × 2 = 2 моль
   4. Молярная масса NH3: 14,007 + 3 × 1,008 = 17,031 грамма на моль
   5. Масса аммиака: 2 × 17,031 = 34,062 г

   Каждое число здесь точно по построению, и поэтому случай хорошо идёт первым: масса, с которой вы начали, равна молярной массе азота, так что моли выходят ровно 1. Водород не введён вообще — странице сказано, что лимитирующий реагент азот, и она не спрашивает, сколько водорода было рядом. Это решение принимаете вы, и за правильность отвечаете тоже вы.

2. Известь из известняка, где соотношение один к одному

   1. Молярная масса CaCO3: 40,078 + 12,011 + 3 × 15,999 = 100,086 грамма на моль
   2. Моли известняка: 100,086 ÷ 100,086 = 1 моль
   3. CaCO3 → CaO + CO2 — соотношение один к одному, значит один моль извести
   4. Молярная масса CaO: 40,078 + 15,999 = 56,077 грамма на моль
   5. Масса извести: 1 × 56,077 = 56,077 г

   Масса падает на 44,009 грамма — это углекислый газ, который уносит печь: 100,086 на входе, 56,077 твёрдого на выходе. На эту разницу стоит посмотреть, потому что в ней весь смысл обжига и причина, по которой ответ меньше исходной массы. В арифметике ничего не потеряно: CO2 здесь продукт, а не потеря.

3. Когда на руках моли, а не граммы

   1. Поле массы оставлено пустым, а моли заданы как 1 моль метана
   2. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O сжигает один моль метана в два моля воды
   3. Моли воды: 1 × 2 = 2 моль
   4. Молярная масса воды: 2 × 1,008 + 15,999 = 18,015 грамма на моль
   5. Масса воды: 2 × 18,015 = 36,03 г

   Один моль метана весит 16,043 грамма, и в этом случае то число ни разу не понадобилось — моли были введены напрямую, поэтому молярная масса реагента показана для справки, а не использована. Вводить оба поля можно и полезно: 1 моль против 16,043 грамма сходятся, а расхождение больше процента означает, что одно из двух набрано с ошибкой.

Мольное соотношение — это вход, а не расчёт. Эта страница разбирает химические формулы, а не уравнения, поэтому уравнять уравнение она не может: неверно введённое соотношение даст уверенно неверную массу, и ничто на странице об этом не сообщит. Определить, какой реагент лимитирующий, тоже предстоит вам: для этого нужны количества всех реагентов, а здесь собирается только одно. Молярные массы берутся из таблицы стандартных атомных весов, поэтому формула с элементом, которого в таблице нет, отклоняется, а не приближается, а гидрат нужно записывать с точкой (CuSO4·5H2O). Результат — только теоретический выход: он предполагает, что реакция идёт до конца и без потерь.

Как найти теоретический выход?

Три шага. Переведите массу лимитирующего реагента в моли, разделив её на его молярную массу. Умножьте на мольное соотношение — сколько молей продукта даёт уравненное уравнение на моль этого реагента. Умножьте на молярную массу продукта, чтобы получить граммы. Начав с 28,014 грамма азота, то есть с одного моля, синтез аммиака даёт два моля аммиака по 17,031 грамма на моль, то есть 34,062 грамма.

Эта страница уравнивает уравнение за меня?

Нет, и об этом стоит сказать прямо. Она читает химические формулы — Fe2O3 разбирается на два атома железа и три кислорода, — но уравнение со стрелкой это другой объект, а уравнивание означает решение системы уравнений. Поэтому мольное соотношение — поле, которое заполняете вы. В справочной таблице перечислены семь реакций с их соотношениями, чтобы было видно, какую форму принимает ответ: один к одному, два к одному или две трети.

Как понять, какой реагент лимитирующий?

Разделите моли каждого реагента на его коэффициент в уравненном уравнении; наименьший результат и указывает на лимитирующий реагент. Для этого нужны количества всех реагентов, а страница собирает только одно, поэтому определять и вводить его приходится вам. Ошибка здесь не даёт сообщения об ошибке — она даёт теоретический выход, посчитанный по не тому реагенту, обычно завышенный, и практический выход, который на этом фоне выглядит соответственно низким.

Можно вводить моли вместо граммов?

Да. У лимитирующего реагента есть поле массы и поле молей, и достаточно любого из них. Заполните оба, и страница переведёт массу в моли и сравнит: если они расходятся больше чем на процент, она сообщит о противоречии, а не выберет одно. Когда оба поля заполнены и сходятся, ответ строится на поле массы. Вводить оба — это привычка, которая ловит неверно переписанную молярную массу.

Почему ответ меньше массы, с которой я начал?

Потому что реакция что-то отдаёт. Сжигание 100,086 грамма карбоната кальция оставляет 56,077 грамма извести, а недостающие 44,009 грамма — это углекислый газ, ушедший в трубу. Атомы сохраняются, но взвешиваемый продукт — лишь часть того, что было загружено. Когда продукт тяжелее реагента, реакция что-то добавила из воздуха или из второго реагента, как это делает термитная реакция с кислородом.

• Standard Atomic Weights — abridged to four significant figures — Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW), IUPAC
• SI Units — Amount of Substance: the mole — National Institute of Standards and Technology (NIST)
• IUPAC Gold Book — amount of substance — International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)