วิธีการคำนวณผลตอบแทนทางทฤษฎี

สมมติว่าคุณกำลังตกแต่งคัพเค้กด้วยโรยหน้า สำหรับคัพเค้กแต่ละชิ้น คุณต้องมีโรยเล็กน้อย คุณมีคัพเค้ก 12 ชิ้นและอ่างขนาดใหญ่สองอ่างที่เต็มไปด้วยโรย ซึ่งหมายความว่าคุณมีโรยมากเกินพอที่จะตกแต่งคัพเค้กทั้งหมด แต่คุณไม่มีคัพเค้กเพียงพอที่จะใช้โรยทั้งหมด ผลลัพธ์ของปฏิกิริยาการตกแต่งคัพเค้กที่คุณทำที่นี่เท่ากับ 12 คัพเค้ก และขึ้นอยู่กับปริมาณของคัพเค้กที่คุณมีทั้งหมด

ในทำนองเดียวกัน เมื่อคุณทำปฏิกิริยาเคมี ปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่คุณจะทำจะขึ้นอยู่กับส่วนประกอบที่คุณมีน้อย องค์ประกอบนี้เรียกว่า รีเอเจนต์จำกัด. เมื่อคุณทราบแล้วว่ารีเอเจนต์จำกัดคืออะไร คุณสามารถหาค่า ผลผลิตทางทฤษฎีหรือจำนวนผลิตภัณฑ์ที่คุณจะได้จากส่วนประกอบของคุณ

ดูสมการทางเคมีต่อไปนี้ซึ่งไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนเพื่อผลิตแอมโมเนีย:

ปฏิกิริยาเคมีนี้จะช่วยให้คุณทราบปริมาณไฮโดรเจนและไนโตรเจนที่จำเป็นต่อการสร้างแอมโมเนีย ปัญหาคือ สมการนี้ไม่สมดุล ก่อนอื่น ปรับสมดุล:

ตอนนี้ คุณรู้แล้วว่า ทุกๆ 3 โมลของไฮโดรเจน คุณจะสร้างแอมโมเนียได้ 2 โมล ทุกๆ 1 โมลของไนโตรเจน คุณจะสร้างแอมโมเนียได้ 2 โมล

สมมุติว่าเมื่อทำปฏิกิริยานี้ คุณมีไฮโดรเจน 4.5 กรัม และแอมโมเนีย 24 กรัม ข้อใดคือตัวทำปฏิกิริยาจำกัด

ในการค้นหาสิ่งนี้ คุณจะต้องแปลงจำนวนกรัมของแต่ละส่วนประกอบให้เป็นโมลก่อน จากนั้นคุณสามารถใช้อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ที่กำหนดโดยสมการที่สมดุลเพื่อค้นหาว่าสารตั้งต้นตัวใดถูกจำกัด

ในการแปลงมวลของไฮโดรเจนและแอมโมเนียให้เป็นโมล ให้ใช้มวลโมลาร์:

ระบุว่ามีไฮโดรเจน 2.2 โมลและไนโตรเจน 0.86 โมล ซึ่งจำกัด?

ในการหาว่าต้องใช้ไนโตรเจนกี่โมลในการทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน 2.2 โมล คุณสามารถใช้อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์กับสมการที่สมดุลได้:

ซึ่งหมายความว่าหากต้องการใช้ไฮโดรเจนทั้งหมด 2.2 โมล คุณจะต้องใช้ไนโตรเจนอย่างน้อย 0.73 โมล

หากต้องการทราบว่าต้องใช้ไฮโดรเจนกี่โมลเพื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน 0.86 โมล คุณสามารถใช้วิธีเดียวกันนี้ได้:

ซึ่งหมายความว่าหากต้องการใช้ไนโตรเจนทั้งหมด 0.86 โมล คุณจะต้องใช้ไฮโดรเจน 2.58 โมล ปัญหาคือ คุณไม่มีไฮโดรเจน 2.58 โมล! ดังนั้นไฮโดรเจนจึงเป็น is จำกัดสารตั้งต้น. เมื่อคุณใช้ไฮโดรเจนที่มีอยู่จนหมด คุณจะไม่สามารถผลิตแอมโมเนียได้อีก ไฮโดรเจนเหมือนกับคัพเค้กในตัวอย่างที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ เมื่อคุณตกแต่งคัพเค้กทั้งหมดแล้ว คุณจะมีโรยที่เหลือ

จะผลิตแอมโมเนียได้เท่าใดหากไฮโดรเจนทั้งหมดที่คุณทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างแอมโมเนีย นี่คือผลทางทฤษฎีของปฏิกิริยา

ดังนั้น โดยการใช้รีเอเจนต์จำกัดและความสัมพันธ์เชิงปริมาณสัมพันธ์ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ คุณจะพบว่าผลผลิตทางทฤษฎีของแอมโมเนียคือ 1.5 โมล

แต่ทำไมถึงเรียกสิ่งนี้ว่า ผลผลิตทางทฤษฎี? ทำไมไม่เพียงแค่ผลผลิต?

ปัญหาคือปฏิกิริยาไม่ได้เกิดขึ้นอย่างที่คุณคิดเสมอไป

กลับไปที่การตกแต่งคัพเค้กกัน ลองนึกภาพว่าในขณะที่คุณกำลังตกแต่งคัพเค้ก น้องชายของคุณเข้ามาในครัวและขโมยคัพเค้กก่อนที่คุณจะสามารถตกแต่งได้ นั่นคือคัพเค้กที่ตกแต่งน้อยชิ้นที่คุณสามารถทำได้ นี่คือตัวอย่างของ ปฏิกิริยาข้างเคียง.

ปฏิกิริยาเคมีแทบไม่เคยสมบูรณ์แบบ มักจะมีปฏิกิริยาข้างเคียงที่ใช้สารตั้งต้นของคุณทำสิ่งอื่นที่ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ที่คุณต้องการ ด้วยเหตุนี้ ปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่คุณจะทำขึ้นตามการคำนวณโดยรีเอเจนต์จำกัดจึงเรียกว่าผลผลิตตามทฤษฎี ในความเป็นจริง ผลผลิตของคุณอาจจะน้อยกว่านี้