Supposons que vous décorez des cupcakes avec des pépites. Pour chaque cupcake, vous avez besoin d'une poignée de vermicelles. Vous avez 12 cupcakes et deux énormes pots remplis de vermicelles. Cela signifie que vous avez plus qu'assez de pépites pour décorer tous les cupcakes, mais vous n'avez pas assez de cupcakes pour utiliser toutes vos pépites. Le rendement de la réaction de décoration de cupcakes que vous avez entreprise ici est donc de 12 cupcakes, et cela dépend entièrement de la quantité de cupcakes que vous avez.
De la même manière, lorsque vous effectuez une réaction chimique, la quantité de produit que vous fabriquerez dépendra du composant dont vous avez le moins. Ce composant est appelé le réactif limitant. Une fois que vous avez déterminé quel est le réactif limitant, vous pouvez déterminer le rendement théorique, ou la quantité de produit que vous pourrez obtenir de vos composants.
Trouver le réactif limitant
Jetez un œil à l'équation chimique suivante dans laquelle l'hydrogène a réagi avec l'azote pour produire de l'ammoniac :
Cette réaction chimique vous aidera à déterminer la quantité d'hydrogène et d'azote nécessaire pour fabriquer de l'ammoniac. Le problème est que cette équation n'est pas équilibrée. Alors d'abord, équilibrez-le:
Maintenant, vous savez que pour 3 moles d'hydrogène, vous faites 2 moles d'ammoniac. Pour chaque mole d'azote, vous faites 2 moles d'ammoniac.
Maintenant, disons que lorsque vous faites cette réaction, vous avez 4,5 grammes d'hydrogène et 24 grammes d'ammoniac. Lequel est le réactif limitant ?
Pour trouver cela, vous devrez d'abord convertir le nombre de grammes de chaque composant en moles. Ensuite, vous pouvez utiliser le rapport stoechiométrique donné par l'équation équilibrée pour trouver quel réactif est limitant.
Pour convertir la masse d'hydrogène et d'ammoniac en moles, utilisez la masse molaire :
Sachant qu'il y a 2,2 moles d'hydrogène et 0,86 mole d'azote, qu'est-ce qui est limitatif ?
Pour déterminer combien de moles d'azote sont nécessaires pour réagir avec 2,2 moles d'hydrogène, vous pouvez utiliser le rapport stoechiométrique donné par l'équation équilibrée :
Cela signifie que pour utiliser la totalité des 2,2 moles d'hydrogène, vous auriez besoin d'au moins 0,73 mole d'azote.
Pour déterminer combien de moles d'hydrogène sont nécessaires pour réagir avec 0,86 mole d'hydrogène, vous pouvez utiliser la même méthode :
Cela signifie que pour utiliser toutes les 0,86 moles d'azote, vous auriez besoin de 2,58 moles d'hydrogène. Le problème, c'est que vous n'avez pas 2,58 moles d'hydrogène! Ainsi, l'hydrogène est le Limiteur de réaction. Une fois que vous avez épuisé tout l'hydrogène dont vous disposez, vous ne pouvez plus produire d'ammoniac. L'hydrogène est le même que les cupcakes dans l'exemple discuté plus tôt. Une fois que vous aurez décoré tous les cupcakes, il vous restera des pépites.
Trouver le rendement théorique
Combien d'ammoniac sera produit si tout l'hydrogène que vous avez réagit pour former de l'ammoniac? C'est le rendement théorique de la réaction.
Ainsi, en utilisant le réactif limitant et la relation stoechiométrique entre le réactif et le produit, vous pouvez constater que le rendement théorique en ammoniac est de 1,5 mole.
Mais pourquoi s'appelle-t-on rendement théorique? Pourquoi pas seulement le rendement ?
Le problème est que les réactions ne se produisent pas toujours comme vous le pensez.
Revenons à la décoration des cupcakes. Imaginez que pendant que vous décorez les cupcakes, votre jeune frère entre dans la cuisine et vole un cupcake avant que vous ne puissiez le décorer. Eh bien, c'est un cupcake décoré de moins que vous pouvez faire. Ceci est un exemple de réaction secondaire.
Les réactions chimiques ne sont presque jamais parfaites. Il y a généralement des réactions secondaires qui utilisent vos réactifs pour fabriquer autre chose que le produit souhaité. En conséquence, la quantité de produit que vous feriez telle que calculée par le réactif limitant est appelée le rendement théorique. En réalité, votre rendement sera probablement inférieur à cela.