Comment calculer le pourcentage de rendement en chimie?

Vous pouvez calculer le pourcentage de rendement à l'aide de cette formule:% rendement — Pour exprimer l'efficacité d'une réaction, vous pouvez calculer le pourcentage de rendement à l'aide de cette formule:% rendement = (rendement réel/rendement théorique) x 100.

En chimie, le rendement théorique est la quantité maximale de produit qu'une réaction chimique pourrait créer sur la base d'équations chimiques. En réalité, la plupart des réactions ne sont pas parfaitement efficaces. Si vous effectuez l'expérience, vous obtiendrez une plus petite quantité, le rendement réel. Pour exprimer l'efficacité d'une réaction, vous pouvez calculer le pourcentage de rendement à l'aide de cette formule: %yield = (rendement réel/rendement théorique) x 100. Un pourcentage de rendement de 90% signifie que la réaction a été efficace à 90% et que 10% des matériaux ont été gaspillés (ils n'ont pas réagi ou leurs produits n'ont pas été capturés).

Partie 1 sur 3: trouver le réactif limitant

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Commencez par une équation chimique équilibrée. Une équation chimique décrit les réactifs (sur le côté gauche) qui réagissent pour former des produits (sur le côté droit). Certains problèmes vous donneront cette équation, tandis que d'autres vous demanderont de l'écrire vous-même, comme pour un problème de mots. Étant donné que les atomes ne sont pas créés ou détruits au cours d'une réaction chimique, chaque élément doit avoir le même nombre d'atomes à gauche et à droite.
- Par exemple, l'oxygène et le glucose peuvent réagir pour former du dioxyde de carbone et de l'eau: $6o_{2}+c_{6}h_{{12}}o_{6}$ → $6co_{2}+6h_{2}o$
  Chaque côté a exactement 6 atomes de carbone (C), 12 atomes d'hydrogène (H) et 18 atomes d'oxygène (O). L'équation est équilibrée.
- Lisez ce guide si vous êtes invité à équilibrer une équation vous-même.
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Calculer la masse molaire de chaque réactif. Recherchez la masse molaire de chaque atome du composé, puis additionnez-les pour trouver la masse molaire de ce composé. Faites cela pour une seule molécule du composé.
- Par exemple, 1 molécule d'oxygène ( $O_{2}$ ) contient 2 atomes d'oxygène.
- La masse molaire de l'oxygène est d'environ 16 g/mol. (Vous pouvez trouver une valeur plus précise sur un tableau périodique.)
- 2 atomes d'oxygène x 16 g/mol par atome = 32 g/mol d' $O_{2}$ .
- L'autre réactif, le glucose ( $C_{6}h_{{12}}o_{6}$ ) a une masse molaire de (6 atomes C x 12 g C/mol) + (12 atomes H x 1 g H/ mol) + (6 atomes O x 16 g O/mol) = 180 g/mol.
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Convertissez la quantité de chaque réactif de grammes en moles. Il est maintenant temps d'examiner l'expérience spécifique que vous étudiez. Notez les quantités de chaque réactif en grammes. Divisez cette valeur par la masse molaire de ce composé pour convertir la quantité en moles.
- Par exemple, disons que vous avez commencé avec 40 grammes d'oxygène et 25 grammes de glucose.
- 40 g $O_{2}$ / (32 g/mol) = 1,25 mole d'oxygène.
- 25g $C_{6}h_{{12}}o_{6}$ / (180 g/mol) = environ 0,139 mole de glucose.
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Trouvez le rapport de vos réactions. Une mole est un nombre exact pour la quantité d'une substance et elle est égale à 6022 fois 10 à la 23e puissance des entités élémentaires, qui peuvent être des atomes, des ions, des électrons ou des molécules. Vous savez maintenant avec combien de molécules de chaque réactif vous avez commencé. Divisez les moles d'un réactif avec les moles de l'autre pour trouver le rapport des 2 molécules.
- Vous avez commencé avec 1,25 mole d'oxygène et 0,139 mole de glucose. Le rapport des molécules d'oxygène aux molécules de glucose est de 1,25 / 0,139 = 9,0. Cela signifie que vous avez commencé avec 9 molécules d'oxygène pour 1 molécule de glucose.
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Trouvez le rapport idéal pour la réaction. Revenez à l'équation équilibrée que vous avez notée plus tôt. Cette équation équilibrée vous indique le rapport idéal de molécules: si vous utilisez ce rapport, les deux réactifs seront utilisés en même temps.
- Le côté gauche de l'équation est $6o_{2}+c_{6}h_{{12}}o_{6}$ . Les coefficients vous indiquent qu'il y a 6 molécules d'oxygène et 1 molécule de glucose. Le rapport idéal pour cette réaction est 6 oxygène / 1 glucose = 6,0.
- Assurez-vous de lister les réactifs dans le même ordre que pour l'autre rapport. Si vous utilisez oxygène/glucose pour 1 et glucose/oxygène pour l'autre, votre prochain résultat sera faux.
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Comparez les rapports pour trouver le réactif limitant. Dans une réaction chimique, 1 des réactifs s'épuise avant les autres. La quantité de produit créé dans la réaction est limitée par le réactif. Comparez les 2 ratios que vous avez calculés pour identifier le réactif limitant:
- Si le rapport réel est supérieur au rapport idéal, alors vous avez plus de réactif supérieur que nécessaire. Le réactif inférieur dans le rapport est le réactif limitant.
- Si le rapport réel est inférieur au rapport idéal, vous n'avez pas assez de réactif supérieur, c'est donc le réactif limitant.
- Dans l'exemple ci-dessus, le rapport oxygène/glucose réel (9,0) est supérieur au rapport idéal (6,0). Le réactif inférieur, le glucose, doit être le réactif limitant.

Tandis que le rendement théorique était de 36,7 grammes — Le rendement réel était de 29 grammes, tandis que le rendement théorique était de 36,7 grammes.

Partie 2 sur 3: calcul du rendement théorique

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Identifiez votre produit souhaité. Le côté droit d'une équation chimique répertorie les produits créés par la réaction. Chaque produit a un rendement théorique, c'est-à-dire la quantité de produit que l'on s'attendrait à obtenir si la réaction est parfaitement efficace.
- En continuant l'exemple ci-dessus, vous analysez la réaction $6o_{2}+c_{6}h_{{12}}o_{6}$ → $6co_{2}+6h_{2}o$ . Le côté droit liste 2 produits, le dioxyde de carbone et l'eau. Calculons le rendement en dioxyde de carbone, $Co_{2}$ .
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Notez le nombre de moles de votre réactif limitant. Le rendement théorique d'une expérience est la quantité de produit créé dans des conditions parfaites. Pour calculer cette valeur, commencez par la quantité de réactif limitant en moles. (Ce processus est décrit ci-dessus dans les instructions pour trouver le réactif limitant.)
- Dans l'exemple ci-dessus, vous avez découvert que le glucose était le réactif limitant. Vous avez également calculé que vous aviez commencé avec 0,139 mole de glucose.
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Trouvez le rapport des molécules dans votre produit et réactif. Revenez à l'équation équilibrée. Divisez le nombre de molécules de votre produit souhaité par le nombre de molécules de votre réactif limitant.
- Votre équation équilibrée est $6o_{2}+c_{6}h_{{12}}o_{6}$ → $6co_{2}+6h_{2}o$ . Il y a 6 molécules de votre produit désiré, le dioxyde de carbone ( $Co_{2}$ ). Il y a 1 molécule de votre réactif limitant, le glucose ( $C_{6}h_{{12}}o_{6}$ ).
- Le rapport du dioxyde de carbone au glucose est de 6 = 6. En d'autres termes, cette réaction peut produire 6 molécules de dioxyde de carbone à partir d'1 molécule de glucose.
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Multipliez le rapport par la quantité de réactif en moles. La réponse est le rendement théorique du produit recherché en moles.
- Vous avez commencé avec 0,139 moles de glucose et le rapport dioxyde de carbone/glucose est de 6. Le rendement théorique en dioxyde de carbone est (0,139 moles de glucose) x (6 moles de dioxyde de carbone / mole de glucose) = 0,834 moles de dioxyde de carbone.
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Convertissez le résultat en grammes. Multipliez votre réponse en moles par la masse molaire de ce composé pour trouver le rendement théorique en grammes. C'est une unité plus pratique à utiliser dans la plupart des expériences.
- Par exemple, la masse molaire du CO ₂ est d'environ 44 g/mol. (La masse molaire du carbone est d'environ 12 g/mol et celle de l'oxygène d'environ 16 g/mol, le total est donc de 12 + 16 + 16 = 44.)
- Multipliez 0,834 moles de CO ₂ x 44 g/mol de CO ₂ = ~36,7 grammes. Le rendement théorique de l'expérience est de 36,7 grammes de CO ₂.

Le rendement théorique est la quantité maximale de produit qu'une réaction chimique pourrait créer — En chimie, le rendement théorique est la quantité maximale de produit qu'une réaction chimique pourrait créer sur la base d'équations chimiques.

Partie 3 sur 3: calcul du rendement en pourcentage

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Comprendre le pourcentage de rendement. Le rendement théorique que vous avez calculé suppose que tout s'est parfaitement déroulé. Dans une expérience réelle, cela n'arrive jamais: les contaminants et autres problèmes imprévisibles signifient que certains de vos réactifs ne se convertiront pas en produit. C'est pourquoi les chimistes utilisent 3 concepts différents pour désigner le rendement:
- Le rendement théorique est la quantité maximale de produit que l'expérience pourrait produire.
- Le rendement réel est la quantité réelle que vous avez créée, mesurée directement sur une échelle.
- Le rendement en pourcentage = ${\frac {rendement réel}{rendement théorique}}*100\%$ . Un pourcentage de rendement de 50%, par exemple, signifie que vous vous retrouvez avec 50% du maximum théorique.
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Notez le rendement réel de l'expérience. Si vous avez réalisé l'expérience vous-même, rassemblez le produit purifié de votre réaction et pesez-le sur une balance pour calculer sa masse. Si vous travaillez sur un problème de devoirs ou sur les notes de quelqu'un d'autre, le rendement réel doit être indiqué.
- Disons que notre réaction actuelle produit 29 grammes de CO ₂.
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Divisez le rendement réel par le rendement théorique. Assurez-vous d'utiliser les mêmes unités pour les deux valeurs (généralement des grammes). Votre réponse sera un rapport sans unité.
- Le rendement réel était de 29 grammes, tandis que le rendement théorique était de 36,7 grammes. ${\frac {29g}{36,7g}}=0,79$ .
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Multipliez par 100 pour convertir en pourcentage. La réponse est le pourcentage de rendement.
- 0,79 x 100 = 79, donc le pourcentage de rendement de l'expérience est de 79%. Vous avez créé 79% de la quantité maximale possible de CO ₂.

Le rendement théorique en dioxyde de carbone est (0,139 moles de glucose) x (6 moles de dioxyde de carbone / mole de glucose) = 0,834 moles de dioxyde de carbone.

Conseils

Certains élèves confondent le pourcentage de rendement (combien vous avez obtenu sur le montant total possible) avec le pourcentage d'erreur (à quelle distance un résultat expérimental est-il du résultat attendu). La formule de rendement en pourcentage correcte est ${\frac {rendement réel}{rendement théorique}}x100$ . Si vous soustrayez les 2 rendements, vous utilisez plutôt la formule du pourcentage d'erreur.
Si vous obtenez des résultats très différents, vérifiez vos unités. Si votre rendement réel est différent de votre rendement théorique d'un ordre de grandeur ou plus, vous avez probablement utilisé les mauvaises unités à un moment donné dans vos calculs. Répétez les calculs et gardez une trace de vos unités à chaque étape du processus.
Si votre pourcentage de rendement est supérieur à 100% (et vous êtes sûr que vos calculs sont bons), d'autres substances ont contaminé votre produit. Purifiez le produit (par exemple par séchage ou filtration) et pesez-le à nouveau.

Lisez aussi: Comment enseigner la multiplication en troisième année?

Comment calculer le pourcentage de rendement en chimie?

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Partie 1 sur 3: trouver le réactif limitant

Partie 2 sur 3: calcul du rendement théorique

Partie 3 sur 3: calcul du rendement en pourcentage

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