Калькулятор процентного выхода - Измерение эффективности химической реакции

Что такое калькулятор процентного выхода?

Калькулятор процентного выхода сравнивает фактический выход химической реакции с теоретическим выходом и выражает результат в процентах. Процентный выход показывает, сколько продукта фактически образовалось в реакции по сравнению с максимальным количеством, предсказанным стехиометрией.

Формула процентного выхода

Процентный выход равен фактическому выходу, делённому на теоретический выход, умноженному на 100:

$\text{Фактический выход} = \frac{\text{Теоретический выход}}{\text{Процентный выход}} \times 100\%$

• Фактический выход — это масса продукта, собранного после реакции и очистки; обычно её измеряют в граммах.
• Теоретический выход — это максимальная масса продукта, которая может образоваться в реакции; её рассчитывают по уравнению реакции с расставленными коэффициентами и ограничивающему реагенту (реагенту, который расходуется первым).

Калькулятор на этой странице обновляет результат сразу после ввода обоих значений. Нажимать кнопку не требуется, а кнопка «Сбросить» очищает оба поля.

Оба поля ввода имеют обозначение в граммах. Единица измерения не влияет на ответ, если для обоих значений используется одна и та же единица. Единицы сокращаются при делении, поэтому процент будет одинаковым независимо от того, указана ли масса в граммах, килограммах или молях.

Как рассчитать процентный выход

1. Уравняйте химическое уравнение реакции.
2. Определите ограничивающий реагент.
3. С помощью стехиометрии рассчитайте теоретический выход по ограничивающему реагенту.
4. Взвесьте высушенный очищенный продукт, чтобы определить фактический выход.
5. Разделите фактический выход на теоретический и умножьте на 100.

Пример расчёта

Пример 1: синтез аспирина

Учащийся, синтезирующий аспирин, рассчитывает теоретический выход 5,42 г. После очистки он получает 4,65 г высушенного продукта.

Процентный выход = (4,65 / 5,42) × 100 = 85,79 %

Пример 2: производство аммиака

На предприятии, использующем процесс Габера, имеется достаточно азота и водорода для получения теоретического выхода аммиака 850 кг. Фактически предприятие производит 765 кг.

Процентный выход = (765 / 850) × 100 = 90,00 %

В данном случае обе массы указаны в килограммах. Ввод значений 765 и 850 в калькулятор даёт тот же результат 90,00 %, поскольку единицы сокращаются.

Пример 3: синтез с низким выходом

Теоретический выход многостадийного синтеза составляет 2,75 г. После очистки выделяют только 0,82 г чистого продукта.

Процентный выход = (0,82 / 2,75) × 100 = 29,82 %

Почему процентный выход обычно ниже 100 %

Процентный выход почти всегда ниже 100 % из-за потерь, происходящих в ходе реальной реакции:

• Некоторые молекулы реагентов реагируют не полностью.
• В побочных реакциях вместо целевого продукта образуются нежелательные побочные продукты.
• Часть продукта теряется при фильтровании, перекристаллизации или переносе между ёмкостями.
• Весы, используемые для взвешивания продукта, имеют небольшую погрешность.
• Обратимые реакции прекращаются до превращения всех реагентов в продукт.

Выход 100 % означал бы, что каждая молекула реагента превратилась в чистый продукт без потерь. За пределами простых, хорошо оптимизированных реакций такое происходит редко.

Может ли процентный выход быть выше 100 %?

Чистый продукт не может весить больше теоретического максимума, поэтому истинный процентный выход не превышает 100 %. Тем не менее калькулятор показывает значение выше 100 %, если введённый фактический выход больше теоретического, поскольку деление математически корректно. В лаборатории такой результат означает, что взвешенный образец содержит не только чистый продукт: например, остаточный растворитель, непрореагировавший исходный материал или влагу, поглощённую из воздуха. Дополнительная сушка образца и повторное взвешивание обычно возвращают значение ниже 100 %.

Нулевые, отрицательные и недопустимые значения

• Если фактический выход равен 0, процентный выход составляет 0 %.
• Теоретический выход должен быть больше нуля. Калькулятор не показывает результат, если теоретический выход равен нулю или отрицателен, и объясняет причину, поскольку деление на ноль не определено.
• Фактический выход не может быть отрицательным. Отрицательное значение отклоняется, и вместо результата появляется сообщение.
• Если одно из полей пусто, калькулятор не показывает результат и ожидает ввода обоих значений.

Часто задаваемые вопросы

Что такое процентный выход в химии?

Процентный выход — это отношение фактического выхода к теоретическому, выраженное в процентах. Он показывает, какая доля максимально возможного количества продукта фактически образовалась в реакции.

Какой процентный выход считается хорошим?

Это зависит от реакции. В простых одностадийных реакциях часто достигается выход от 85 % до 95 %. В многостадийном органическом синтезе выход обычно составляет от 40 % до 70 %, поскольку продукт теряется на каждом этапе.

Почему мой процентный выход превышает 100 %?

Вероятно, продукт недостаточно чист. Распространённые причины — остаточный растворитель, непрореагировавший исходный материал или влага, поглощённая из воздуха. Для чистого продукта процентный выход не может превышать 100 %. Ошибка в расчёте теоретического выхода, например использование неправильного ограничивающего реагента, также может повысить значение выше 100 %.

В чём разница между фактическим и теоретическим выходом?

Фактический выход — это количество продукта, измеренное после реакции и очистки. Теоретический выход — это максимальное количество, предсказанное уравнением реакции с расставленными коэффициентами при условии, что каждый реагент превращается в продукт без потерь.

Как рассчитывают теоретический выход?

Теоретический выход определяют по уравнению химической реакции с расставленными коэффициентами. Массу ограничивающего реагента переводят в количество вещества, затем по молярному соотношению из уравнения рассчитывают количество вещества продукта, а после этого переводят его в граммы с помощью молярной массы продукта.

В чём разница между процентным выходом и атомной экономичностью?

Процентный выход сравнивает фактическую массу продукта в одном эксперименте с теоретическим максимумом для этого эксперимента. Атомная экономичность сравнивает массу целевого продукта с общей массой всех реагентов в уравнении реакции с расставленными коэффициентами и показывает эффективность самой реакции, не учитывая потери при обращении с продуктом и его очистке.