什麼是理論產率?
理論產率指的是在反應完全進行、且沒有任何損耗的理想條件下,一個化學反應所能生成產物的最大量。它完全取決於「限量反應物」(也就是最先用完的那個反應物)以及平衡後的化學方程式。本計算器會先把限量反應物的質量換算成莫耳數,套用平衡方程式中的化學計量莫耳比,再換算回產物的公克數。
如何使用本計算器
請輸入限量反應物的質量(公克)與其莫耳質量(g/mol)。接著依照你已平衡的化學方程式,填入產物與限量反應物的係數,以及產物的莫耳質量。計算器會列出以公克為單位的理論產率,並一併顯示中間的莫耳數,方便你逐步核對計算過程。
公式解析
首先,限量反應物的莫耳數 = 質量 ÷ 莫耳質量:
$$n_{lim} = \dfrac{m_{lim}}{M_{lim}}$$
接著,化學計量比 = 產物係數 ÷ 限量反應物係數。將莫耳數乘以這個比值即得到產物的莫耳數,再乘以產物的莫耳質量,便能算出以公克表示的理論產率:
$$\text{Yield} = \dfrac{m_{lim}}{M_{lim}} \times \dfrac{c_{prod}}{c_{lim}} \times M_{prod}$$
範例演算
在反應式 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 中燃燒 16 g 甲烷(CH₄,莫耳質量 16.04 g/mol),會生成 CO₂(莫耳質量 44.01 g/mol)。CH₄ 的莫耳數 \(= 16 \div 16.04 \approx 0.9975\)。CO₂ 與 CH₄ 的係數比為 1:1,因此 CO₂ 的莫耳數 \(\approx 0.9975\),理論產率 \(\approx 0.9975 \times 44.01 \approx 43.9\) g 的 CO₂。
常見問題
什麼是限量反應物?它是反應中最先被完全消耗掉的反應物,決定了產物最多能生成多少。計算理論產率時,一定要以限量反應物為基準。
理論產率和實際產率有什麼不同?實際產率是你在實驗室實際測量到的量,通常會因為副反應與各種損耗而比理論值低。百分產率 \(=(\text{實際產率} \div \text{理論產率})\times 100\)。
如果產物的係數比較大會怎樣?當比值大於 1 時,代表每 1 莫耳限量反應物會生成更多莫耳的產物,產率也會等比例增加。