找出限量反應物與理論產物產率
理論產率計算機可在單一平衡方程式中,找出可用反應物所能生成的最大目標產物量。請輸入每個反應物的名稱、可用莫耳數與平衡係數,再輸入目標產物的係數與莫耳質量。頁面會比較反應進度,辨識限量反應物,並以清晰的化學計量路徑回報產物的莫耳數與質量。
所有反應物量皆使用莫耳,以便直接套用係數比。請先以每種實際反應物形式的莫耳質量,將測得的質量轉換為莫耳。所得結果為完全轉換為選定產物時的理論最大值,並不會預測實際回收率、平衡轉化率、選擇性、副產物、純度或設備中殘留的物料量。
利用反應進度辨識限量反應物
對每個反應物,將可用莫耳數除以其平衡係數,即可得知該反應物能支持多少個完整的化學計量反應進度。最小值會限制反應。將最小進度乘以待求產物的係數,得到理論產物莫耳數,再乘以產物的莫耳質量,即可得到公克數。
比較反應進度而非原始莫耳數至關重要。2 莫耳、係數為 2 的反應物只支持 1 個進度,與 1 莫耳、係數為 1 的反應物相同。如果兩列在指定的數值容差內同為最小進度,則兩者並列為化學計量限制反應物。其他列則在目前輸入的基礎上屬於過量。
參照理論產率範例
對於 2H2 + O2 → 2H2O,假設有 5.0 mol H2 和 2.0 mol O2 可用。氫可支持 5.0/2 = 2.5 個進度,而氧可支持 2.0/1 = 2.0 個進度,因此 O2 為限制物。水的莫耳數為 2.0 個進度 × 係數 2 = 4.0 mol。
使用水的莫耳質量 18.01528 g/mol,可得理論水量 72.06112 g。進行兩個進度需要 4.0 mol 氫,因此理想化的核算中會剩餘 1.0 mol H2 過量。頁面會顯示限制基準表,讓學習者瞭解為何單純選擇原始莫耳數較少的反應物並不總是正確。
檢查平衡係數、莫耳質量與單位
係數必須取自同一個正確平衡的方程式,而待求產物的係數必須採用相同比例。產物的莫耳質量必須對應確切的產物化學式;若含有結晶水,也必須納入。公克、毫克與公斤只是同一計算質量的大小單位轉換,不會改變化學反應或有效數字。
實用的反向檢查方式,是以產物莫耳數除以其係數,恢復限制進度,再將該進度乘以每個反應物的係數,求出所消耗的化學計量。任何所需量都不得超過相應的可用量。如果超過,表示係數、莫耳數或限制反應物的選擇輸入有誤。
理想產率限制、實驗室規劃與隱私
理論產率假設轉換完全、選擇性完美、無競爭反應,且後處理沒有損失。實際製程可能受到平衡、動力學、試劑純度、濕氣、混合或分解等因素限制。實驗後應使用實際分析數據與百分產率。計算出的數量不是安全的操作指示;操作程序、危害、熱、壓力與廢棄物都需要由合格人員審查。
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