Απόδοση αντίδρασης στην ισορροπία

Με μια ματιά

Ορίζεις την απόδοση $\alpha$ ως τον λόγο της καθαρής ποσότητας επιλεγμένου προϊόντος που σχηματίζεται έως την ισορροπία προς την ποσότητα του ίδιου προϊόντος κατά την πλήρη μετατροπή: $\alpha=\frac{\text{καθαρή ποσότητα προϊόντος που σχηματίζεται}}{\text{ποσότητα προϊόντος κατά την πλήρη μετατροπή}}$. Βρίσκεις τον θετικό παρονομαστή από το περιοριστικό αντιδρών και τη σταθμισμένη χημική εξίσωση και δηλώνεις τη βάση πλήρους μετατροπής. Αν υπάρχει προϊόν αρχικά, αφαιρείς την αρχική ποσότητά του από την ποσότητα στην ισορροπία. Χρησιμοποιείς την απόδοση για να περιγράψεις τη σύσταση στην ισορροπία, όχι την ταχύτητα αποκατάστασής της.

2Ορισμός και όρια

Ορίζεις την απόδοση αντίδρασης στην ισορροπία ως τον λόγο της ποσότητας ενός επιλεγμένου προϊόντος που σχηματίζεται έως την ισορροπία προς την ποσότητα του ίδιου προϊόντος που θα σχηματιζόταν κατά την πλήρη μετατροπή στην ίδια βάση αντίδρασης.

Βρίσκεις τον θετικό παρονομαστή από το περιοριστικό αντιδρών και τη σταθμισμένη χημική εξίσωση. Τα ακόλουθα όρια τα εφαρμόζεις όταν η καθαρή πορεία προς την ισορροπία είναι προς τον σχηματισμό του επιλεγμένου προϊόντος και η βάση είναι η πλήρης μετατροπή των αρχικών αντιδρώντων:

Ισοδύναμα, η ποσοστιαία απόδοση βρίσκεται από 0% έως 100%. Αν υπάρχει προϊόν αρχικά και η καθαρή πορεία είναι προς τα προϊόντα, χρησιμοποιείς στον αριθμητή μόνο την καθαρή ποσότητα προϊόντος που σχηματίζεται. Δηλώνεις επίσης ποια πλήρη μετατροπή χρησιμοποιείς ως βάση σύγκρισης. Αν η καθαρή πορεία είναι προς τα αντιδρώντα, δεν εφαρμόζεις το διάστημα από 0% έως 100% ως απόδοση σχηματισμού προϊόντος. Δεν συνδέεις τη μεγάλη απόδοση με γρήγορη αποκατάσταση της ισορροπίας. Η απόδοση περιγράφει τη σύσταση στην ισορροπία και όχι την ταχύτητα με την οποία φτάνει το σύστημα σε αυτή.

3Εύκολη περίπτωση χωρίς αρχικό προϊόν

Υπολογίζεις την απόδοση όταν το προϊόν απουσιάζει αρχικά.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Γράφεις τη σταθμισμένη αμφίδρομη αντίδραση, ώστε να χρησιμοποιήσεις τη σωστή στοιχειομετρική βάση.

   $$\chem{N_2}\state{g} + 3\chem{H_2}\state{g}\eqrxn 2\chem{NH_3}\state{g}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Ξεκινάς με 2 mol αζώτου και 9 mol υδρογόνου. Αναγνωρίζεις το άζωτο ως περιοριστικό αντιδρών, επειδή τα 2 mol αζώτου χρειάζονται 6 mol υδρογόνου.

3. Δείξε το βήμα 3

   Υπολογίζεις ότι η πλήρης μετατροπή των 2 mol αζώτου θα σχημάτιζε 4 mol αμμωνίας. Χρησιμοποιείς τα 4 mol ως θετικό παρονομαστή.

4. Δείξε το βήμα 4

   Βρίσκεις 3 mol αμμωνίας στην ισορροπία και υπολογίζεις την απόδοση.

   $$\alpha=\frac{3\,\unit{mol}}{4\,\unit{mol}}=0.75=75\%$$

4Περίπτωση με αρχικό προϊόν

Ξεχωρίζεις την καθαρή ποσότητα που σχηματίζεται από τη συνολική ποσότητα προϊόντος στην ισορροπία.

Σκέψου το επόμενο βήμα πριν το ανοίξεις.

1. Δείξε το βήμα 1

   Χρησιμοποιείς τη σταθμισμένη αμφίδρομη αντίδραση, ώστε η βάση σύγκρισης να παραμένει συγκεκριμένη.

   $$\chem{N_2}\state{g} + 3\chem{H_2}\state{g}\eqrxn 2\chem{NH_3}\state{g}$$
2. Δείξε το βήμα 2

   Ξεκινάς με 2 mol αζώτου, 9 mol υδρογόνου και 1 mol αμμωνίας. Δηλώνεις ως βάση σύγκρισης την πλήρη μετατροπή των αρχικών 2 mol αζώτου, η οποία θα σχημάτιζε 4 mol αμμωνίας.

3. Δείξε το βήμα 3

   Βρίσκεις 4 mol αμμωνίας στην ισορροπία και αφαιρείς το αρχικό 1 mol. Η καθαρή ποσότητα αμμωνίας που σχηματίστηκε είναι 3 mol.

4. Δείξε το βήμα 4

   Διαιρείς την καθαρή ποσότητα που σχηματίστηκε με την ποσότητα της δηλωμένης πλήρους μετατροπής.

   $$\alpha=\frac{(4-1)\,\unit{mol}}{4\,\unit{mol}}=0.75=75\%$$

5Συνηθισμένα λάθη

• Ο παρονομαστής είναι η ποσότητα προϊόντος που αντιστοιχεί στην πλήρη μετατροπή της δηλωμένης βάσης. Υπολόγισέ την από το περιοριστικό αντιδρών, όχι από την αρχική ποσότητα ενός αντιδρώντος χωρίς μετατροπή.
• Αν υπάρχει προϊόν αρχικά, η νέα ποσότητα είναι η ποσότητα ισορροπίας μείον την αρχική. Αφαίρεσε την αρχική ποσότητα πριν υπολογίσεις την απόδοση.
• Η απόδοση περιγράφει σύσταση, όχι χρόνο αποκατάστασης. Μην τη χρησιμοποιείς ως μέτρο ταχύτητας.