Wapno palone otrzymuje się w wyniku prażenia wapienia zgodnie z równaniem: CaCO3 → CaO + CO2. Ile kilogramów wapienia należy użyć, aby w wyniku jego prażenia otrzymać 7 kg wapna palonego, jeżeli wydajność reakcji wynosi 50%? Masy molowe: MCa = 40 g/mol, MC = 12 g/mol, MO = 16 g/mol.
W tym zadaniu kluczowe jest połączenie stechiometrii z wydajnością reakcji. Reakcja prażenia wapienia przebiega według równania: CaCO₃ -> CaO + CO₂. Z równania wynika stosunek molowy 1 mol CaCO₃ daje 1 mol CaO. Najpierw liczymy masy molowe: CaCO₃ ma 40 + 12 + 3 × 16 = 100 g/mol, a CaO ma 40 + 16 = 56 g/mol. Czyli teoretycznie 100 g czystego CaCO₃ daje 56 g CaO. Aby otrzymać 7 kg CaO przy wydajności 100%, potrzeba: 7 kg × 100 / 56 = 12,5 kg CaCO₃. Ale reakcja ma wydajność tylko 50%, więc w praktyce trzeba użyć dwa razy więcej surowca: 12,5 kg × 2 = 25,0 kg. Moim zdaniem to bardzo dobry przykład, bo pokazuje, że sama proporcja chemiczna nie wystarcza, trzeba jeszcze uwzględnić realne straty procesu. W laboratorium i w przemyśle, np. przy wypalaniu wapna w piecach wapienniczych, wydajność zależy od temperatury, czasu prażenia, rozdrobnienia próbki i czystości wapienia. Dobra praktyka obliczeniowa jest taka: najpierw wynik teoretyczny, potem korekta na wydajność. Dzięki temu łatwiej uniknąć pomyłek przy planowaniu ilości odczynnika lub surowca.
Jeżeli wynik wyszedł inny niż 25,0 kg, najczęściej problem leży w pominięciu wydajności albo w złym zastosowaniu proporcji mas molowych. W reakcji CaCO₃ -> CaO + CO₂ nie porównujemy mas w stosunku 1 kg do 1 kg, bo substancje mają różne masy molowe. Jeden mol węglanu wapnia ma masę 100 g, a jeden mol tlenku wapnia tylko 56 g. To oznacza, że podczas prażenia część masy ucieka jako CO₂, więc z 100 g CaCO₃ nie powstaje 100 g CaO, tylko 56 g CaO w warunkach teoretycznych. Wynik 12,5 kg jest typowy dla obliczenia przy wydajności 100%, czyli chemicznie proporcja jest policzona dobrze, ale proces rzeczywisty został potraktowany zbyt idealnie. Przy wydajności 50% trzeba podwoić ilość wapienia, bo tylko połowa możliwego produktu zostanie faktycznie otrzymana. Z kolei wyniki typu 37,5 kg lub 50,0 kg zwykle biorą się z intuicyjnego dodawania zapasu albo kilkukrotnego uwzględnienia strat, zamiast zastosowania prostego przeliczenia: masa teoretyczna podzielona przez ułamek wydajności, czyli przez 0,50. W praktyce laboratoryjnej takie błędy są dość groźne, bo prowadzą do złego zaplanowania próbki, nadmiaru odczynnika, strat materiałowych albo niepotrzebnego obciążenia pieca. Z mojego doświadczenia najlepiej zawsze rozpisać trzy kroki: masy molowe, proporcja stechiometryczna, korekta na wydajność. Wtedy nawet przy podobnych zadaniach z prażeniem, suszeniem czy rozkładem termicznym rachunek robi się dużo bardziej pewny.