pourcentage de rendement

Les réactions chimiques dans le monde réel ne se déroulent pas toujours exactement comme prévu sur le papier. Au cours d’une expérience, de nombreux facteurs contribueront à former moins de produit que prévu. En plus des erreurs expérimentales, il y a souvent des pertes dues à une réaction incomplète, des réactions secondaires indésirables, etc. Le pourcentage de rendement est une mesure qui indique le degré de succès d’une réaction , et il est essentiel pour le travail chimique en laboratoire.

Définition

Le pourcentage de rendement est le rapport entre le rendement réel et le rendement théorique exprimé en pourcentage . Le  rendement réel  est le résultat que la réaction chimique produit réellement avec tous les facteurs présents dans l’environnement. Le pourcentage réel peut être proche de 100 %, mais jamais tout à fait là.

Pour calculer le rendement en pourcentage, il faut d’abord déterminer la quantité de produit qui doit être formée sur la base de la stoechiométrie, appelée « rendement théorique », c’est-à-dire la quantité maximale de produit qui pourrait être formée à partir des quantités données de réactifs.

Si le rendement réel et théorique sont égaux, le pourcentage de rendement est de 100 %. En règle générale, le pourcentage de rendement est inférieur à 100 % car le rendement réel est souvent inférieur à la valeur théorique. Cela peut s’expliquer par des réactions incomplètes ou compétitives et la perte d’échantillon pendant la récupération. Il est également possible que le pourcentage de rendement soit supérieur à 100 %, ce qui signifie que plus d’échantillon a été récupéré d’une réaction que prévu. Enfin, le pourcentage de rendement est toujours une valeur positive.

Performances théoriques et expérimentales, pourquoi diffèrent-elles ?

Chaque fois que nous mélangeons deux ou plusieurs réactifs pour effectuer une réaction chimique, nous pouvons calculer par simple stoechiométrie la quantité de produit que nous devrions obtenir à partir des quantités connues des réactifs que nous ajoutons. Puisque cette quantité de produit (appelée rendement) est calculée à partir des rapports stoechiométriques de la réaction chimique, elle est appelée rendement théorique.

D’autre part, la quantité de produit que nous obtenons réellement lorsque nous mélangeons les quantités de réactifs et effectuons la réaction chimique est ce que l’ on appelle le rendement expérimental, le rendement pratique ou le rendement réel .

Dans le cas idéal, on obtiendrait exactement la même quantité de produit que celle calculée par stoechiométrie. Dans ce cas, le pourcentage de rendement serait de 100 %. Cependant, il existe une grande variété de facteurs qui font que la performance expérimentale n’est jamais égale à la théorie. Certains de ces facteurs sont :

• Erreurs de mesure expérimentale tant dans les quantités de réactifs mélangés que dans la pesée ou la détermination de la quantité de produit obtenu.
• La présence d’impuretés dans les réactifs.
• La présence d’équilibres chimiques qui empêchent la progression de la réaction jusqu’à son terme car une partie des produits est reconvertie en réactifs.
• La vitesse de réaction. Si la réaction est très lente et que nous l’arrêtons prématurément, nous obtiendrons moins de produit que prévu.
• Pertes de réactifs et de produits lors des processus de transfert de substances d’un récipient à un autre.
• L’apparition de réactions chimiques parallèles qui compromettent une partie des réactifs, entre autres.

Bon nombre de ces facteurs peuvent être contrôlés dans une certaine mesure, mais la plupart seront toujours présents.

Formule de rendement en pourcentage

L’équation du pourcentage de rendement est la suivante : Pourcentage de rendement = (rendement réel / rendement théorique) x 100 % où :

• Le rendement réel est la quantité de produit obtenue à partir d’une réaction chimique.
• Le rendement théorique est la quantité de produit obtenue à partir de l’équation stoechiométrique en utilisant le réactif limitant pour déterminer le produit.
• Les unités de rendement réel et théorique doivent être les mêmes (moles ou grammes).

exemples

La décomposition du carbonate de magnésium forme 15 grammes d’oxyde de magnésium dans une expérience, le rendement théorique est connu pour être de 19 grammes. 

1. Quel est le pourcentage de rendement en oxyde de magnésium ?

MgCO3 _→  MgO + _CO2

Le calcul est simple si vous connaissez les rendements réels et théoriques, la prochaine chose est d’entrer les valeurs dans la formule :

1. Pourcentage de rendement = rendement réel / rendement théorique x 100 %
2. Pourcentage de rendement = 15g / 19g x 100%
3. Pourcentage de rendement = 79 %

2. Pourcentage de rendement (%R) de la réaction chimique suivante :

2N ₂  + 5O ₂  → 2N ₂ O ₅

1. Calculez la masse moléculaire des substances qui font partie de la réaction chimique :

N2 ₌ 28 g/mol

O2 ₌ 32 g/mol

N ₂ O ₅  = 108,01 g/mol

• Calculer le réactif limitant en comparant les réactifs :

première relation

2N2 _→ 5O2 _{_}

2mol x 28g/mol → 5mol x 32g/mol

40g→x

56g → 160g

40g → x

X= 114,29 g d’ _O2

deuxième relation

2N2 _→ 5O2 _{_}

2mol x 28g/mol → 5mol x 32g/mol

x →55g

56g → 160g

x→ 55g

x= 19,25 g de _N2

Généralement, nous devons calculer le rendement théorique sur la base de l’équation équilibrée. Dans cette équation, le réactif et le produit ont un rapport molaire de 1:1, donc si vous connaissez la quantité de réactif, nous savons que le rendement théorique est la même valeur en moles.

Pour obtenir la quantité en grammes, nous devons prendre la quantité de grammes de réactif, la convertir plus tard en moles, puis utiliser cette même quantité pour savoir combien de grammes de produit attendre. 

Les références

• Brown, T. (2021). Chimie: The Central Science (11e éd.). Londres, Angleterre : Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS et Herranz, ZR (2020). Chimie (10e éd.). New York, NY : MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K. et Langley, R. (2019). Chimie : Atomes d’abord 2e . Extrait de https://openstax.org/books/chemistry-atoms-first-2e/pages/1-introduction
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R. et Robinson, WR (2019b). Chimie 2e . Extrait de https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/1-1-chemistry-in-context