Калькулятор відсотка виходу - Вимірювання ефективності хімічної реакції

Що таке калькулятор відсоткового виходу?

Калькулятор відсоткового виходу порівнює фактичний вихід хімічної реакції з теоретичним і виражає результат у відсотках. Відсотковий вихід показує, скільки продукту реакція фактично утворила порівняно з максимальною кількістю, передбаченою стехіометрією.

Формула відсоткового виходу

Відсотковий вихід дорівнює фактичному виходу, поділеному на теоретичний вихід і помноженому на 100:

$\text{Відсотковий вихід} = \frac{\text{Фактичний вихід}}{\text{Теоретичний вихід}} \times 100\%$

• Фактичний вихід — це маса продукту, зібраного після реакції та очищення, зазвичай вимірювана в грамах.
• Теоретичний вихід — це максимальна маса продукту, яку може утворити реакція; її обчислюють за урівняним рівнянням і лімітуючим реагентом (реагентом, який витрачається першим).

Калькулятор на цій сторінці оновлює результат одразу після введення обох значень. Натискати кнопку не потрібно, а кнопка «Скинути» очищає обидва поля.

Обидва поля введення позначені в грамах. Одиниця не змінює результат, якщо обидва значення вказано в одній і тій самій одиниці. Одиниці скорочуються під час ділення, тому відсоток буде однаковим незалежно від того, чи маси вказано в грамах, кілограмах або молях.

Як обчислити відсотковий вихід

1. Урівняйте хімічне рівняння реакції.
2. Визначити лімітуючий реагент.
3. За стехіометрією обчисліть теоретичний вихід за лімітуючим реагентом.
4. Зважте висушений очищений продукт, щоб визначити фактичний вихід.
5. Поділіть фактичний вихід на теоретичний і помножте на 100.

Приклад обчислення

Приклад 1: синтез аспірину

Учень, який синтезує аспірин, обчислює теоретичний вихід 5,42 г. Після очищення учень отримує 4,65 г висушеного продукту.

Відсотковий вихід = (4,65 / 5,42) × 100 = 85,79%

Приклад 2: виробництво аміаку

На підприємстві, де застосовують процес Габера, достатньо азоту й водню для теоретичного виходу 850 кг аміаку. Фактично підприємство виробляє 765 кг.

Відсотковий вихід = (765 / 850) × 100 = 90,00%

Тут обидві маси вказано в кілограмах. Введення 765 і 850 у калькулятор дає такий самий результат 90,00%, оскільки одиниці скорочуються.

Приклад 3: синтез із низьким виходом

Багатостадійний синтез має теоретичний вихід 2,75 г. Після очищення виділяють лише 0,82 г чистого продукту.

Відсотковий вихід = (0,82 / 2,75) × 100 = 29,82%

Чому відсотковий вихід зазвичай нижчий за 100%

Відсотковий вихід майже завжди нижчий за 100% через втрати, які виникають під час реальної реакції:

• Деякі молекули реагентів не реагують повністю.
• Побічні реакції утворюють небажані побічні продукти замість цільового продукту.
• Продукт втрачається під час фільтрування, перекристалізації або перенесення між посудинами.
• Ваги, на яких зважують продукт, мають невелику похибку.
• Оборотні реакції припиняються до того, як усі реагенти перетворяться на продукт.

Вихід 100% означав би, що кожна молекула реагенту перетворилася на чистий продукт без втрат. Поза межами простих, добре оптимізованих реакцій таке трапляється рідко.

Чи може відсотковий вихід перевищувати 100%?

Чистий продукт не може важити більше за теоретичний максимум, тому справжній відсотковий вихід не перевищує 100%. Проте калькулятор показує значення понад 100%, якщо введений фактичний вихід більший за теоретичний, оскільки ділення є арифметично коректним. У лабораторії такий результат означає, що зважений зразок містить щось, крім чистого продукту, наприклад залишковий розчинник, непрореагований вихідний матеріал або вологу, поглинуту з повітря. Подальше висушування зразка та повторне зважування зазвичай повертає значення нижче за 100%.

Нульові, від’ємні та недійсні значення

• Якщо фактичний вихід дорівнює 0, відсотковий вихід дорівнює 0%.
• Теоретичний вихід має бути більшим за нуль. Якщо теоретичний вихід дорівнює нулю або є від’ємним, калькулятор не показує результат і пояснює причину, оскільки ділення на нуль не визначене.
• Фактичний вихід не може бути від’ємним. Від’ємне значення відхиляється, і замість результату з’являється повідомлення.
• Якщо будь-яке поле порожнє, калькулятор не показує результат і очікує на введення обох значень.

Поширені запитання

Що таке відсотковий вихід у хімії?

Відсотковий вихід — це відношення фактичного виходу до теоретичного, виражене у відсотках. Він показує, яку частину максимально можливої кількості продукту реакція фактично утворила.

Який відсотковий вихід вважається добрим?

Це залежить від реакції. Прості одностадійні реакції часто дають від 85% до 95%. Багатостадійні органічні синтези зазвичай дають від 40% до 70%, оскільки на кожній стадії втрачається частина продукту.

Чому мій відсотковий вихід перевищує 100%?

Імовірно, продукт не є чистим. Поширені причини — залишковий розчинник, непрореагований вихідний матеріал або волога, поглинута з повітря. Чистий продукт не може мати відсотковий вихід понад 100%. Помилка в обчисленні теоретичного виходу, наприклад використання неправильного лімітуючого реагенту, також може підвищити значення понад 100%.

У чому різниця між фактичним і теоретичним виходом?

Фактичний вихід — це кількість продукту, виміряна після реакції та очищення. Теоретичний вихід — це максимальна кількість, передбачена урівняним рівнянням за умови, що всі реагенти перетворюються на продукт без втрат.

Як обчислюють теоретичний вихід?

Теоретичний вихід визначають за урівняним хімічним рівнянням. Масу лімітуючого реагенту перераховують у кількість речовини, потім за молярним співвідношенням із рівняння — у молі продукту, а далі за молярною масою продукту — у грами.

У чому різниця між відсотковим виходом і атомною економічністю?

Відсотковий вихід порівнює фактичну масу продукту в одному експерименті з теоретичним максимумом для цього експерименту. Атомна економічність порівнює масу бажаного продукту із загальною масою всіх реагентів в урівняному рівнянні та вимірює ефективність самої реакції, окремо від втрат під час роботи й очищення.