Berechnen Sie die Ausbeute

Question

Aufgabe:

Bei der Reaktion von 2,765g Ammoniumchlorid und 1,986g Calciumoxid
entstehen Calciumchlorid, Ammoniak und Wasser. Berechnen Sie die
maximale Ausbeute der Produkte.

Problem/Ansatz:

Wie kann ich Ausbeute rechnen ?

Danke

Answer 1

Grüße chemweazle,

Zu

Berechnen Sie die Ausbeute

Bei der Reaktion von 2,765 g Ammoniumchlorid und 1,986 g Calciumoxid
entstehen Calciumchlorid, Ammoniak und Wasser. Berechnen Sie die maximale Ausbeute der Produkte.
Problem/Ansatz:

Wie kann ich Ausbeute rechnen ?

Reaktionsgleichung Säure-Base-Reaktion, Säure die Ammoniumionen als schwache Säure und die Oxidionen im Calciumoxid als sehr starke Base

2 NH₄⁽⁺⁾ * Cl^(-) + CaO_(s) → 2 NH_3(g) ↑ + CaCl_2(aq) + H₂O

Molmassen:

Edukte

NH₄Cl: M(NH₄Cl) = ( 14,0067+1,0079*4+35,453) g / mol = 53,4913 g / mol

CaO: M(CaO) = (40,08+15,9994) g / mol = 56,0794 g / mol

Produkte

NH₃: M(NH₃) = (14,0067+1,0079*3) g / mol = 17,0304 g /mol

CaCl₂, berechnet als wasserfrei, M(CaCl₂) = (40,08+35,453*2) g / mol = 110,986 g / mol

Wasser, M(H₂O) = (1,0079*2+15,9994) g / mol = 18,0152 g / mol

Stöchiometrische Verhältnisse anhand der Reaktionsgleichung

$$\dfrac{n(NH_{4}Cl)}{n(CaO)} = \frac{2}{1} = 2$$

bzw.

$$\dfrac{n(CaO)}{n(NH_{4}Cl)} = \frac{1}{2} = 0,5$$

n(CaCl₂) / n(CaO) = 1:1

Eingesetzte Stoffmengen und Massen der Edukte

m(CaO) = 1,986 g ⇒ n(CaO) = m / M = ( 1,986 / 56,0794 ) * g * mol / g ≈ 0,0354 mol = 35,4 mmol

n(H₂O) / n(CaO) = 1 : 1 = 1

2 mol Ammoniumchlorid reagieren mit 1 mol CaO zu 1 mol Calciumchlorid und 2 mol Ammoniakgas und 1 mol Wasser.
51,7 mmol reagieren mit ( 51,7 / 2 ) mmol CaO, das sind 25,85 mmol, zu 25,85 mmol Calciumchlorid und 51,7 mmol Ammoniak und 25,85 mmol Wasser.
Es sind aber anstatt der nur stöchiometrisch notwendigen Stoffmenge von 25,85 mmol an Calciumoxid 35,4 mmol als Edukt im Reaktionsgemisch eingesetzt worden.

Der Überschuß an CaO beträgt, n(CaO)_Überschuss = ( 35,4 -25,85 ) mmol = 9,55 mmol.

Die Masse und die Stoffmenge an enstandenem Calciumchlorid, berechnet als wasserfreies Calciumchlorid:

n(CaCl₂) = 25,85 mmol = 0,02585 mol ⇒ m(CaCl₂) = n(CaCl₂) * M(CaCl₂) =

m(CaCl₂) = 0,02585 mol * 110,986 (g / mol) ≈ 2,869 g

Ausbeute an Calciumchlorid, betrachtet ist die hydratwasserfreie Form, yield, abgek. mit y, bezogen auf die im Überschuß gesamte eingesetzte Stoffmenge an Calciumoxid, n(CaO) = 35,4 mmol

$$y = \dfrac{n(Ca_{2},_{wasserfrei}}{n(CaO)_{gesamt}} = \frac{25,85\cdot mmol}{35,4\cdot mmol} \approx 0,7302 = 73,02 \%$$

Die Masse, Stoffmenge an Ammoniakgas

n(NH₃) = n(NH₄Cl) = 51,7 mmol = 0,0517 mol

Masse an Ammoniakgas: m(NH₃) = n(NH₃) * M(NH₃) = m(NH₃) = 0,0517 mol * ( 17,0304 g /mol ) ≈ 0,881 g

Ausbeute an Ammoniak

a). bezogen auf das Ammoniumchlorid(Lötsalz), y = n(NH₃) / n(NH₄Cl) = 51,7 mmol / 51,7 mmol = 1 = 100 %

macht nicht so viel Sinn

b). Ausbeute an NH₃ bezogen auf das zu großzügig eingesetzte CaO:

Hier muß man die stöchiometrischen Faktoren beachten. Aus 1 mol Calciumoxid entsteht 1 mol Calciumchlorid und 2 mol Ammoniak.

Für die Bestimmung der maximalen Ausbeute an NH₃ muß man die Stoffmenge des Ammoniaks auf die doppelte Stoffmenge an verbrauchtem, umgesetzten CaO beziehen.

Bei einem vollständigen Umsatz mit stöchiometrisch exakt eingesetzten Stoffmengen, ohne Überschuß eines Edukts, gilt:
$$.\dfrac{n(NH_{3})_{entstanden}}{n(CaO)_{verbraucht}} = \frac{2}{1}$$

Daraus folgt: ⇒ n(NH₃)_enstanden = 2 * n(CaO)_verbraucht

Für die Ausbeute an Ammoniak bezogen auf die Stoffmenge an CaO, diese ist hier im Beispiel überschüüssig eingesetzt, bildet man das Verhältnis, indem man die Stoffmenge an Ammoniak durch die doppelte Stoffmenge an CaO dividiert.

$$y = {n(NH_{3})_{entstanden}}{2\cdot n(CaO)_{gesamt, zuviel}} = \frac{51,7\cdot mmol}{2\cdot 35,4\cdot mmol}$$

y = ( 51,7 /70,8 ) = ( 517 /708 ) ≈ 0,7302 = 73,02 %