Tepkime verimi hesaplama Test 1

N₂ + 3H₂ → 2NH₃ tepkimesine göre 28 gram azot gazı ile 6 gram hidrojen gazı tepkimeye giriyor. Tepkime sonunda 17 gram amonyak elde edildiğine göre tepkime verimi yüzde kaçtır? (N:14, H:1)

A) 25
B) 50
C) 75
D) 100

Sevgili öğrenciler, bu soruda bir kimyasal tepkimenin verimini hesaplayacağız. Tepkime verimi, bir tepkimede teorik olarak elde edilmesi beklenen ürün miktarına karşılık, gerçekte elde edilen ürün miktarının yüzde olarak ifadesidir. Şimdi adımları dikkatlice takip edelim:

• Adım 1: Tepkime Denklemini ve Verilen Bilgileri İnceleyelim

• Tepkime denklemi: $N_2 (g) + 3H_2 (g) \rightarrow 2NH_3 (g)$

  Verilen kütleler:

  • Azot gazı ($N_2$): $28$ gram
  • Hidrojen gazı ($H_2$): $6$ gram
  • Elde edilen amonyak ($NH_3$) (gerçek verim): $17$ gram

  Atom kütleleri:

  • Azot (N): $14$ g/mol
  • Hidrojen (H): $1$ g/mol

  Öncelikle, tepkimeye giren maddelerin mol kütlelerini hesaplayalım:

  • $N_2$: $2 \times 14 = 28$ g/mol
  • $H_2$: $2 \times 1 = 2$ g/mol
  • $NH_3$: $14 + (3 \times 1) = 17$ g/mol
• Adım 2: Başlangıç Maddelerinin Mol Sayılarını Bulalım

• Kütleleri mol sayılarına çevirelim ($n = \frac{m}{M}$ formülünü kullanarak):

  • Azot gazının mol sayısı ($n_{N_2}$): $n_{N_2} = \frac{28 \text{ g}}{28 \text{ g/mol}} = 1 \text{ mol}$
  • Hidrojen gazının mol sayısı ($n_{H_2}$): $n_{H_2} = \frac{6 \text{ g}}{2 \text{ g/mol}} = 3 \text{ mol}$
• Adım 3: Sınırlayıcı Bileşeni Belirleyelim ve Teorik Amonyak Miktarını Hesaplayalım

• Dengeli tepkime denklemine göre:

  • $1 \text{ mol } N_2$ gazı, $3 \text{ mol } H_2$ gazı ile tepkimeye girer ve $2 \text{ mol } NH_3$ gazı oluşturur.

  Bizim elimizde başlangıçta $1 \text{ mol } N_2$ ve $3 \text{ mol } H_2$ bulunmaktadır. Gördüğümüz gibi, başlangıç mol oranları tam olarak stokiyometrik oranlara uymaktadır ($1:3$). Bu durumda, tepkimeye giren maddelerden hiçbiri sınırlayıcı değildir; her ikisi de tamamen tükenir.

  Tepkime sonucunda oluşması beklenen amonyak ($NH_3$) mol sayısını bulalım:

  • $1 \text{ mol } N_2$ tepkimeye girdiğinde, $2 \text{ mol } NH_3$ oluşur.
  • Veya $3 \text{ mol } H_2$ tepkimeye girdiğinde, $2 \text{ mol } NH_3$ oluşur.

  Yani, teorik olarak $2 \text{ mol } NH_3$ oluşması gerekmektedir.

  Şimdi bu mol sayısını kütleye çevirelim (teorik verim):

  • Teorik $NH_3$ kütlesi ($m_{NH_3, teorik}$): $m_{NH_3, teorik} = 2 \text{ mol} \times 17 \text{ g/mol} = 34 \text{ gram}$

  Bu, tepkimenin %100 verimle gerçekleşmesi durumunda elde edeceğimiz amonyak miktarıdır.

• Adım 4: Tepkime Verimini Yüzde Olarak Hesaplayalım

• Tepkime verimi formülü şöyledir:

  $\text{Verim} (\%) = \frac{\text{Gerçek Verim}}{\text{Teorik Verim}} \times 100\%$

  Soruda gerçekte $17$ gram amonyak elde edildiği belirtilmiştir. Teorik olarak ise $34$ gram amonyak elde etmemiz gerekiyordu.

  Şimdi değerleri yerine koyalım:

  $\text{Verim} (\%) = \frac{17 \text{ g}}{34 \text{ g}} \times 100\%$

  $\text{Verim} (\%) = 0.5 \times 100\%$

  $\text{Verim} (\%) = 50\%$

  Bu, tepkimenin %50 verimle gerçekleştiği anlamına gelir. Yani, beklediğimiz amonyak miktarının yarısını elde etmişiz.

Cevap B seçeneğidir.