tỷ lệ phần trăm năng suất

Các phản ứng hóa học trong thế giới thực không phải lúc nào cũng diễn ra chính xác như dự đoán trên giấy. Trong quá trình thử nghiệm, nhiều thứ sẽ góp phần làm cho ít sản phẩm được hình thành hơn so với dự đoán. Ngoài sai số thí nghiệm, thường có tổn thất do phản ứng không hoàn toàn, phản ứng phụ không mong muốn, v.v. Hiệu suất phần trăm là thước đo cho biết mức độ thành công của phản ứng và nó rất cần thiết cho công việc hóa học trong phòng thí nghiệm.

Sự định nghĩa

Tỷ lệ phần trăm năng suất là tỷ lệ giữa năng suất thực tế và năng suất lý thuyết được biểu thị bằng phần trăm . Sản  lượng thực tế  là kết quả mà phản ứng hóa học thực sự tạo ra với tất cả các yếu tố có trong môi trường. Tỷ lệ phần trăm thực tế có thể gần 100%, nhưng không bao giờ hoàn toàn ở đó.

Để tính hiệu suất phần trăm, trước tiên người ta phải xác định lượng sản phẩm sẽ được hình thành dựa trên phép cân bằng hóa học, được gọi là ” hiệu suất lý thuyết “, nghĩa là lượng sản phẩm tối đa có thể được hình thành từ lượng chất phản ứng nhất định.

Nếu năng suất thực tế và lý thuyết bằng nhau, năng suất phần trăm là 100%. Thông thường, tỷ lệ hoàn vốn thấp hơn 100% vì lợi nhuận thực tế thường thấp hơn giá trị lý thuyết. Lý do cho điều này có thể bao gồm phản ứng không đầy đủ hoặc cạnh tranh và mất mẫu trong quá trình phục hồi. Cũng có thể phần trăm hiệu suất lớn hơn 100%, điều đó có nghĩa là nhiều mẫu được thu hồi từ một phản ứng hơn dự kiến. Cuối cùng, phần trăm hoàn vốn luôn là một giá trị dương.

Hiệu suất lý thuyết và thực nghiệm, tại sao chúng khác nhau?

Bất cứ khi nào chúng ta trộn hai hoặc nhiều chất phản ứng để thực hiện phản ứng hóa học, chúng ta có thể tính toán lượng sản phẩm mà chúng ta sẽ thu được từ lượng chất phản ứng đã biết mà chúng ta thêm vào bằng phương pháp cân bằng hóa học đơn giản. Vì lượng sản phẩm này (được gọi là hiệu suất) được tính toán từ các tỷ lệ cân bằng hóa học của phản ứng hóa học, nên nó được gọi là hiệu suất lý thuyết.

Mặt khác, lượng sản phẩm mà chúng ta thực sự thu được khi trộn lượng chất phản ứng và thực hiện phản ứng hóa học, được gọi là năng suất thí nghiệm, năng suất thực tế hoặc năng suất thực tế .

Trong trường hợp lý tưởng, chúng ta sẽ thu được chính xác lượng sản phẩm giống như lượng được tính bằng phép cân bằng hóa học. Trong trường hợp này, tỷ suất phần trăm sẽ là 100%. Tuy nhiên, có rất nhiều yếu tố khiến hiệu suất thực nghiệm không bao giờ bằng lý thuyết. Một số yếu tố này là:

• Lỗi đo lường thực nghiệm cả về lượng thuốc thử hỗn hợp và trong việc cân hoặc xác định lượng sản phẩm thu được.
• Sự hiện diện của tạp chất trong thuốc thử.
• Sự hiện diện của các cân bằng hóa học ngăn cản phản ứng tiến triển đến kết thúc vì một phần sản phẩm được chuyển đổi trở lại thành chất phản ứng.
• Tốc độ của phản ứng. Nếu phản ứng diễn ra rất chậm và dừng quá sớm, chúng ta sẽ thu được ít sản phẩm hơn mong đợi.
• Tổn thất chất phản ứng và sản phẩm trong quá trình chuyển chất từ ​​vật chứa này sang vật chứa khác.
• Sự xuất hiện của các phản ứng hóa học song song ảnh hưởng đến một phần thuốc thử, trong số những phản ứng khác.

Nhiều yếu tố trong số này có thể được kiểm soát ở một mức độ nào đó, nhưng hầu hết sẽ luôn hiện hữu.

Công thức phần trăm năng suất

Phương trình cho năng suất phần trăm là: Năng suất phần trăm = (sản lượng thực tế / năng suất lý thuyết) x 100% trong đó:

• Năng suất thực tế là lượng sản phẩm thu được từ một phản ứng hóa học.
• Năng suất lý thuyết là lượng sản phẩm thu được từ phương trình cân bằng hóa học sử dụng thuốc thử giới hạn để xác định sản phẩm.
• Đơn vị cho năng suất thực tế và lý thuyết phải giống nhau (mol hoặc gam).

ví dụ

Sự phân hủy magie cacbonat tạo thành 15 gam magie oxit trong một thí nghiệm, năng suất lý thuyết được biết là 19 gam. 

1. Hiệu suất phần trăm của magiê oxit là gì?

MgCO ₃  → MgO + CO ₂

Việc tính toán rất đơn giản nếu bạn biết lợi nhuận thực tế và lý thuyết, việc tiếp theo là nhập các giá trị vào công thức:

1. Năng suất phần trăm = năng suất thực tế / năng suất lý thuyết x 100%
2. Phần trăm năng suất= 15g / 19g x 100%
3. Tỷ lệ phần trăm năng suất = 79%

2. Hiệu suất phần trăm (%R) của phản ứng hóa học sau:

2N ₂  + 5O ₂  → 2N ₂ O ₅

1. Tính phân tử khối của các chất tham gia phản ứng hóa học:

N ₂ = 28 g/mol

O ₂ = 32 g/mol

N ₂ O ₅  = 108,01 g/mol

• Tính chất phản ứng giới hạn, so sánh các chất phản ứng:

mối quan hệ đầu tiên

2N2 _→ 5O2 _{_}

2mol x 28g/mol → 5mol x 32g/mol

40g→x

56g → 160g

40g → x

X= 114,29 gam O ₂

mối quan hệ thứ hai

2N2 _→ 5O2 _{_}

2mol x 28g/mol → 5mol x 32g/mol

x →55g

56g → 160g

x→ 55g

x= 19,25 gam N ₂

Nói chung, chúng ta phải tính toán sản lượng lý thuyết dựa trên phương trình cân bằng. Trong phương trình này, chất phản ứng và sản phẩm có tỷ lệ mol 1:1, vì vậy nếu bạn biết lượng chất phản ứng, chúng ta biết rằng hiệu suất lý thuyết là cùng một giá trị tính bằng mol.

Để có được lượng tính bằng gam, chúng ta phải lấy lượng gam chất phản ứng, sau đó chuyển đổi nó thành số mol và sau đó sử dụng cùng lượng này để tìm ra bao nhiêu gam sản phẩm mong đợi. 

Người giới thiệu

• Nâu, T. (2021). Hóa học: Khoa học Trung tâm (tái bản lần thứ 11). Luân Đôn, Anh: Giáo dục Pearson.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học (tái bản lần thứ 10). Thành phố New York, NY: MCGRAW-HILL.
• Flowers, P., Neth, EJ, Robinson, WR, Theopold, K., & Langley, R. (2019). Hóa học: Nguyên tử 2e đầu tiên . Lấy từ https://openstax.org/books/chemology-atoms-first-2e/pages/1-introduction
• Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019b). Hóa học 2e . Lấy từ https://openstax.org/books/chemology-2e/pages/1-1-chemology-in-context