이론적 수율이란?
이론적 수율이란 화학 반응이 손실 없이 완전히 진행된다고 가정했을 때 생성될 수 있는 생성물의 최대량을 말합니다. 이는 전적으로 한계 반응물(가장 먼저 소진되는 반응물)과 균형 잡힌 화학 반응식에 의해 결정됩니다. 이 계산기는 한계 반응물의 질량을 몰수로 환산한 뒤, 균형 반응식에서 얻은 화학양론적 몰비를 적용하고, 다시 생성물의 질량(g)으로 환산합니다.
계산기 사용법
먼저 한계 반응물의 질량(g)과 몰질량(g/mol)을 입력하세요. 그다음 균형 반응식에 나타난 그대로 생성물과 한계 반응물의 계수를 입력하고, 생성물의 몰질량을 입력합니다. 계산기는 이론적 수율(g)과 함께 중간 단계의 몰수까지 보여 주므로 계산 과정을 직접 검토할 수 있습니다.
공식 풀이
먼저, 한계 반응물의 몰수 = 질량 ÷ 몰질량입니다. 다음으로, 화학양론적 비율 = 생성물 계수 ÷ 한계 반응물 계수입니다. 몰수에 이 비율을 곱하면 생성물의 몰수가 나오고, 여기에 생성물의 몰질량을 곱하면 이론적 수율(g)이 됩니다: $$\text{Yield} = \dfrac{m_{lim}}{M_{lim}} \times \dfrac{c_{prod}}{c_{lim}} \times M_{prod}$$.
예제 풀이
반응식 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O에서 메테인(CH₄, 몰질량 16.04 g/mol) 16 g을 연소시키면 CO₂(몰질량 44.01 g/mol)가 생성됩니다. CH₄의 몰수 \(= 16 \div 16.04 \approx 0.9975\)입니다. CO₂와 CH₄의 비율은 1:1이므로 CO₂의 몰수 \(\approx 0.9975\)이고, 수율 \(\approx 0.9975 \times 44.01 \approx 43.9\) g의 CO₂가 됩니다.
자주 묻는 질문
한계 반응물이란 무엇인가요? 가장 먼저 완전히 소모되는 반응물로, 생성될 수 있는 생성물의 양에 상한을 정합니다. 이론적 수율은 항상 한계 반응물을 기준으로 계산합니다.
이론적 수율과 실제 수율은 어떻게 다른가요? 실제 수율은 실험실에서 실제로 측정한 양으로, 부반응과 손실 때문에 보통 이론적 수율보다 작습니다. 백분율 수율 \(= (\text{실제 수율} \div \text{이론적 수율}) \times 100\)입니다.
생성물의 계수가 더 크면 어떻게 되나요? 비율이 1보다 크다는 것은 한계 반응물 1몰당 더 많은 몰수의 생성물이 만들어진다는 뜻이며, 그만큼 수율도 비례해서 늘어납니다.
