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4.3:

反応収量

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Chemistry
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Reaction Yield

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化学反応において 理論的な収率とは 制限反応物から生成物への 100%の変換で 生成される 生成物の量のことです この例を考えてみましょう 80個のトウモロコシ粒を加熱し ポップコーンを作ったとします すべての粒が 破裂すると仮定すると 理論的な収量は 80個のポップコーンです しかし 50 個の粒だけが 破裂した場合 実際の収量は 50 個しかありません このように 実際の収量とは 製品が形成される量のことです 実際の歩留まりと 理論上の歩留まりの比を 100倍すると歩留まり率となり この場合の歩留まり率は 62.5%となります 多くの化学反応では 化学量論に基づく理論収率は 実際に得られる収率よりも 大きくなります 通常 反応物の一部が 副反応で失われたり 生成物の一部が可逆反応で 失われたり あるいは 生成物が何らかの損失を伴わずに 回収することが 困難になったりします マグネシウムの燃焼を 考えてみましょう マグネシウムの金属片に 火がつくと 空気中の酸素と反応して 酸化マグネシウムができます この化学反応ではマグネシウム 2モルと 酸素1モルが反応して 酸化マグネシウムが 2モル生成します マグネシウムが63.4グラム 酸素が50.7グラムとすると どのくらいの 酸化マグネシウムが できるでしょうか?理論的な収率を計算するには まず 各反応物の質量を モル質量を用いて 対応する量をモル数で 換算します 次に モル比を使って マグネシウムと酸素の 反応物のモル数を 生成物である酸化マグネシウムの モル数に変換します マグネシウムは生成物を 作る量が最も少ないので これが限界反応物となり 理論収率は 2.6モルとなります 質量に換算すると 理論収率は105グラムです 反応が完了すると 生成物の実際の収率は 80.0グラムになります したがって 酸化マグネシウムの 製造のパーセント収率は 76.2です

4.3:

反応収量

反応の理論的な収量は、バランスのとれた化学方程式の化学量論に基づいて推定される生成物質の量です。 理論的な収量は、制限反応物質が目的の生成物質に完全に変換されることを前提としています。 反応を実行して得られる生成物質の量は実際の収量と呼ばれ、理論上の収量以下または(非常にまれに)等しくなる場合があります。

収量パーセント

化学反応の場合、製品の実際の収率は、反応の化学量論に基づいて予測される理論収量よりも低いことがよくあります。 特定の条件の下で反応を行う場合、いくつかの理由により、質量の損失が避けられないことが予想されます。 一部の反応はもともと効率が悪く、副反応で別の望ましくない生成物を生成します。 他には反応物と生成物の間の平衡状態を伴う可逆的な性質のため、不完全な反応となるものもあります。 生成物質の質量の損失は、結晶化、蒸留、ろ過、クロマトグラフィーなどの精製技術において、反応混合物から目的の製品を適切に回収できないことが原因である場合もあります。 生成物質の損失が発生した場合は、収率パーセントを使用して、反応の理論的な収率が達成される範囲を測定します。

Eq1

実際の収量と理論的な収量は、質量またはモル量(または生成物がガスの場合は体積などのその他の適切な属性)で表されます。 両方の収率が同じ単位で表されている限り、これらの単位は、収率パーセントが計算されると相殺されます。

収率パーセントの計算

一酸化窒素と二酸化窒素の燃焼を考えます。

Eq2

反応の最後では、 150 グラムの一酸化窒素と過剰な酸素から 180 グラムの二酸化窒素が得られます。 収率はどのくらいですか?

反応の実際の収量は 180 グラムです。 一酸化窒素が制限反応物質であることを知っていれば、理論収量のモルは NO と NO2 の化学量論に基づいて得られます。 まず、 NO の質量は NO のモルに変換され、 NO:NO2 の化学量比( 1 : 1 )が適用され、 5 モルのNO2 は 5 モルのNOとなります。さらに、 NO2 のモルは質量に変換されます。

Eq3

最終ステップでは、実際の収量と理論上の収量の比率に基づいて、収量パーセントが計算されます。

Eq4

このテキストは 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 4.4 : Reaction Y収穫 量に基づいています。