VnDoc.com

Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học

Bài tập hiệu suất phản ứng

Bài trước

Tải về

Bài sau

Cách Tính Hiệu Suất Phản Ứng Hóa Học

1. Hiệu suất là gì?
2. Công thức tính hiệu suất của phản ứng hóa học
3. VÍ dụ minh họa
4. Bài tập hiệu suất phản ứng
5. Bài tập tự luyện tập tổng hợp

Hiệu suất phản ứng hóa học là một phần quan trọng trong chương trình hóa học trung học cơ sở, trung học phổ thông. Việc hiểu và vận dụng đúng công thức tính hiệu suất giúp học sinh giải bài nhanh, chính xác, và đạt điểm cao trong các kì thi.

1. Hiệu suất là gì?

Trong thực tế, không phải lúc nào các phản ứng hóa học cũng diễn ra hoàn toàn 100% như trên lý thuyết. Lượng sản phẩm thu được thực tế thường ít hơn so với tính toán.

Hiệu suất phản ứng (kí hiệu là H) là tỉ số giữa lượng sản phẩm thu được theo thực tế và lượng sản phẩm thu được theo lý thuyết.

Xét phản ứng trong trường hợp tổng quát:

Chất phản ứng → Sản phẩm.

- Với hiệu suất phản ứng đạt 100%, phản ứng xảy ra hoàn toàn.

- Với hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100%, khi đó:

+ Lượng chất phản ứng dùng trên thực tế sẽ lớn hơn lượng tính theo phương trình hoá học (theo lí thuyết).

+ Lượng sản phảm thu được trên thực tế sẽ nhỏ hơn lượng tính theo phương trình hoá học.

2. Công thức tính hiệu suất của phản ứng hóa học

2.1. Chất phản ứng hết, chất phản ứng dư

- Chất phản ứng hết là chất không còn sau khi phản ứng kết thúc.

- Chất phản ứng dư là chất còn lại sau khi kết thúc phản ứng.

- Lượng chất sản phẩm tạo thành được tính theo chất phản ứng hết.

2.2 Công thức tính hiệu suất của phản ứng hóa học

Các bước thực hiện:

Bước 1: Viết phương trình phản ứng và cân bằng
Bước 2: Tính theo phương trình khối lượng sản phẩm tạo thành (mlt)
Bước 3: Dựa vào giả thiết tính khối lượng thực tế thu được (mtt)
Bước 4: Tính hiệu suất

Xét phản ứng trong trường hợp tổng quát:

Chất phản ứng → Sản phẩm.

Theo lí thuyết, phản ứng trên thu được m gam một chất sản phẩm. Nhưng thực tế thu được m’ gam chất đó (m’ ≤ m).

Hiệu suất phản ứng được tính theo công thức:

$H=\frac{m_{thực\: tế} }{m_{lí \: thuyết} } .100\%$ $H = \frac{m_{t h ự c t ế}}{m_{l í t h u y ế t}} .100 %$

Nếu lượng chất tính theo số mol thì hiệu suất được tính theo công thức:

$H=\frac{m_{thực\: tế} }{m_{lí \: thuyết} } .100\%$ $H = \frac{m_{t h ự c t ế}}{m_{l í t h u y ế t}} .100 %$

Trong đó: n lí thuyết là số mol chất sản phẩm tính theo lí thuyết, n thực tế là số mol chất sản phẩm thu được theo thực tế.

Ví dụ: Cho 8 gam iron(III) oxide tác dụng với khí hydrogen dư ở nhiệt độ cao, thu được 4,2 gam iron.

Phản ứng xảy ra như sau:

Fe₂O₃ + 3H₂ $\overset{t^{o} }{\rightarrow}$ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2Fe + 3H₂O

Tình hiệu suất phản ứng theo 2 cách.

Hướng dẫn trả lời

Cách 1: Tính hiệu suất phản ứng từ khối lượng chất sản phẩm theo lí thuyết và thực tế

Bước 1: Tính lượng Fe thu được theo lí thuyết.

Số mol Fe₂O₃là:

$n_{Fe_{2} O_{3}}=\frac{m_{Fe_{2} O_{3}} }{M_{Fe_{2} O_{3}} } =\frac{8}{160} =0,05(mol)$ $n_{F e_{2} O_{3}} = \frac{m_{F e_{2} O_{3}}}{M_{F e_{2} O_{3}}} = \frac{8}{160} = 0, 05 (m o l)$

Theo phương trình hoá học:

1 mol Fe₂O₃ tham gia phản ứng sẽ thu được 2 mol Fe.

Vậy: 0,05 mol Fe₂O₃ ……………………………. 0,1 mol Fe.

Khối lượng Fe thu được theo lí thuyết: m_Fe = n_Fe. M_Fe = 0,1 . 56 = 5,6 (gam).

Bước 2: Tính hiệu suất phản ứng.

$H=\frac{m_{Fe\: tt} }{m_{Fe\: lt}} .100 \: \%=\frac{4,2}{5,6} .100 \: \% =75\%.$ $H = \frac{m_{F e t t}}{m_{F e l t}} .100 % = \frac{4, 2}{5, 6} .100 % = 75 % .$

Cách 2: Tính hiệu suất phản ứng từ số mol chất sản phẩm theo lí thuyết và thực tế

Tương tự bước 1 ở cách 1, có số mol Fe thu được theo lí thuyết là 0,1 mol.

Số mol Fe thực tế:

$n_{Fe}=\frac{m_{Fe\: lt} }{M_{Fe} } =\frac{4,2}{56} =0,075(mol)$ $n_{F e} = \frac{m_{F e l t}}{M_{F e}} = \frac{4, 2}{56} = 0, 075 (m o l)$

Hiệu suất phản ứng:

$H=\frac{n_{Fe\: lt} }{n_{Fe\: tt}} .100 \: \%=\frac{0,075}{0,1} .100 \: \% =75\%.$ $H = \frac{n_{F e l t}}{n_{F e t t}} .100 % = \frac{0, 075}{0, 1} .100 % = 75 % .$

2.3 Công thức tính khối lượng chất tham gia khi có hiệu suất

Do hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100%, nên lượng chất tham gia thực tế đem vào phản ứng phải hơn nhiều để bù vào sự hao hụt. Sau khi tính khối lượng chất tham gia theo phương trình phản ứng, ta có khối lượng chất tham gia khi có hiệu suất như sau:

$m_{lt} = \frac{m_{tt}.100}{H}$ $m_{l t} = \frac{m_{t t} .100}{H}$

2.4. Công thức tính khối lượng sản phẩm khi có hiệu suất

Do hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100%, nên lượng sản phẩm thực tế thu được phải nhỏ hơn nhiều sự hao hụt. Sau khi khối lượng sản phẩm theo phương trình phản ứng, ta tính khối lượng sản phẩm khi có hiệu suất như sau:

$m_{tt} = \frac{m_{lt}.H}{100}$ $m_{t t} = \frac{m_{l t} . H}{100}$

3. VÍ dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho 0,50 mol khí hydrogen tác dụng với 0,45 mol hơi iodine thu được 0,60 mol khí hydrogen iodide. Tính hiệu suất phản ứng.

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Phương trình hoá học: H₂ + I₂ → 2HI

Tỉ lệ các chất: 1 : 1 : 2

Giả sử hiệu suất đạt 100% thì I₂ hết, H₂ dư, vậy lượng HI thu được theo lí thuyết tính theo I₂. Theo tỉ lệ mol của phản ứng, ta có:

n_{HI lý thuyết} = 2×n_I2= 2 × 0,45 = 0,9 (mol)

Hiệu suất của phản ứng là:

$H = \frac{n_{HI _{tt} } }{n_{HI _{lt} }}.100 \: \% =\frac{0,6}{0,9} .100 \: \% =66,67 \%$ $H = \frac{n_{H I_{t t}}}{n_{H I_{l t}}} .100 % = \frac{0, 6}{0, 9} .100 % = 66, 67 %$

Ví dụ 2. Có một loại quặng Pyrite chứa 95% FeS₂. Nếu mỗi ngày nhà máy sản xuất 100 tấn H₂SO₄ 98% thì lượng quặng Pyrite trên cần dùng là bao nhiêu? Biết hiệu suất điều chế H₂SO₄ là 90%.

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Ta có sơ đồ phản ứng: FeS₂ → H = 90% → 2H₂SO₄

Theo lý thuyết: 120 196

Phản ứng: 60 ← 98 tấn

Ta có vì hiệu suất điều chế H₂SO₄ là 90% => m_{FeS2 thực tế} = 60/90% = 200/3 tấn

Vì quặng chứa 95% FeS₂ ⇒ m_quặng = 200/3.100/95 = 70,18 tấn

Ví dụ 3. Cho hỗn hợp A gồm Formic acid và acetic acid (tỉ lệ mol 1:1). Lấy 5,3 gam hỗn hợp A tác dụng với 5,75 gam C₂H₅OH (có xúc tác H₂SO₄đặc) thu được hỗn hợp ester (hiệu suất của các phản ứng ester hoá đều bằng 85%). Tính khối lượng hỗn hợp este thu được.

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Ta có theo đầu bài vì số mol ancol lớn hơn số mol 2 axit nên ancol dư.

n_{alcohol phản ứng} = 2.n_acid= 0,1 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có:

m_alcohol + m_acid = m_ester + m_nước

= 0,1.46 + 5,3 = m_este + 0,1.18

=> m_ester = 8,10 gam

Vì hiệu suất của các phản ứng ester hoá đều bằng 80%

Nên m_{ester thu được} = 8,10.85/100= 6,885 gam.

Ví dụ 4. Tính khối lượng gang có chứa 95% Fe sản xuất được từ 2,4 tấn quặng hematite (có chứa 85% Fe₂O₃) biết hiệu suất của toàn bộ quá trình là 80%.

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra:

Fe₂O₃ + 3CO $\overset{t^{o} }{\rightarrow}$ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2Fe + 3CO₂↑

Khối lượng Fe₂O₃ có trong 2,4 tấn quặng hematite là:

m_Fe2O3 = 2,4/100%.%Fe₂O₃= 2,2.100%. 85% = 2,04 tấn

Theo phuong trình phản ứng hóa học tính lượng Fe thu được theo lí thuyết:

m_{Fe lí thuyết} = m_Fe2O3/160 ×112 = 2,04 . 112 /160 = 1,428 tấn

Vì hiệu suất của quá trình là 80%

=> Lượng Fe thu được theo thực tế:

m_{Fe thực tế}= m_{Fe lí thuyết}/100% × %H = 1,428 .80/100 = 1,1424 tấn

Vì gang chứa 95% Fe => khối lượng gang m_gang= m_{Fe thực tế}/ 95%.100% = 1,1424 . 100 / 95 = 1,2 tấn

Ví dụ 5: Tính khối lượng Na và thể tích khí Cl₂ cần dùng để điều chế 4,68 gam muối Clorua, nếu hiệu suất phản ứng là 80%

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

n_NaCl= m_NaCl/ M_NaCl = 4,68/58,5 = 0,08 (mol)

Phương trình hóa học:

2Na + Cl₂ → 2NaCl (1)

Từ phương trình hóa học (1) ⇒ số mol Na = 0,08.100/80 = 0,1 (mol)

n _Cl2 = (0,08.100)/2*80 = 0,05 (mol)

m_Na = 0,1.23 = 2,3 (gam)

V_Cl2 = 0,05.24,79 = 1,2395 (lit)

Ví dụ 6: Cho 19,5 gam Zn phản ứng với 7,746875 (lít) chlorine thì thu được 36,72 gam ZnCl₂. Tính hiệu suất của phản ứng?

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

n_Zn = 19,5/65 = 0,3 (mol)

n_Cl2 = 7,746875/24,79 = 0,3125 (mol)

n_ZnCl2 = 0,27 (mol)

Phương trình hóa học

Zn + Cl₂ → ZnCl₂

Ta thấy:

n_Cl2 > n_Zn => so với Cl₂ thì Zn là chất thiếu, nên ta sẽ tính theo Zn.

Từ phương trình => n _{Zn phản ứng} = n _ZnCl2 = 0,27 (mol)

$H =\frac{ n_{Zn\: tt} }{n_{Zn\: lt}} .100 \: \% = \frac{0,27}{0,3} .100 \: \%=90\: \%$ $H = \frac{n_{Z n t t}}{n_{Z n l t}} .100 % = \frac{0, 27}{0, 3} .100 % = 90 %$

= 0,27 . 100/0,3 = 90 %

Ví dụ 7: Nung 4,9 g KClO₃ có xúc tác thu được 2,5 g KCl và khí oxygen.

a) Viết phương trình phản ứng.

b) Tính hiệu suất của phản ứng.

Hướng tư duy:

Đề cho hai số liệu chất tham gia và sản phẩm. Do sản phẩm là chất thu được còn lượng chất tham gia không biết phản ứng có hết không nên tính toán ta dựa vào sản phẩm.

Từ m_KCl → tính được n_KCl → tính n_{KClO3 (theo phương trình)} → tính m_KClO3 (thực tế phản ứng)

Còn m đề bài cho là lượng lý thuyết => Tính H% theo công thức

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

n_KCl = 2,5/74,5 = 0,034 mol

2KClO₃ $\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}$ $\overset{t^{\circ}}{\to}$ 2KCl + 3O₂

2 2 3

0,034 0,034

Khối lượng KClO₃ thực tế phả ứng:

m_KClO3 = n_KClO3.M_KClO3 = 0,034.1225 = 4,165 gam

Hiệu suất phản ứng:

$H = \frac{4,165}{4,9} .100\% = 85\%$ $H = \frac{4, 165}{4, 9} .100 % = 85 %$

Ví dụ 8. Để điều chế 8,775 g muối natri clorua (NaCl) thì cần bao nhiêu gam natri và bao nhiêu lít chlorine (đktc), biết hiệu suất phản ứng = 75%.

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

n_NaCl = 0,15 mol

Phương trình phản ứng

2Na + Cl₂ $\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}$ $\overset{t^{\circ}}{\to}$ 2NaCl

2 1 2

0,15 0,075 0,15

Khối lượng Na và thể tích khí clo theo lý thuyết:

m_{Na lý thuyết} = n_Na.M_Na = 0,15.23 = 3,45 (gam)

V_Cl2 = n_Cl2.22,4 = 0,075.24,79 = 1,85925 lít

Khi có H = 75%, khối lượng Na và thể tích khí clo thực tế là:

$m_{Na} = \frac{3,45.100}{75} = 4,5gam$ $m_{N a} = \frac{3, 45.100}{75} = 4, 5 g a m$

$V_{Cl2} = \frac{1,85925.100}{75} = 2,479lit$ $V_{C l 2} = \frac{1, 85925.100}{75} = 2, 479 l i t$

4. Bài tập hiệu suất phản ứng

Câu 1. Nung 4,9 gam KClO₃ có xúc tác thu được 2,5 gam KCl và chất khí

a) Viết phương trình phản ứng

b) Tính hiệu suất của phản ứng?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

n_KClO3 = 4,9/122,5 = 0,04 (mol)

n_KCl = 2,5/74,5 = 0,034 (mol)

2KClO₃ $\overset{t^{o} }{\rightarrow}$ $\overset{t^{o}}{\to}$ 2KCl + 3O₂ (1)

Theo phương trình phản ứng (1) n_KClO3(pư)= n_KCl= 0,034 (mol)

Hiệu suất phản ứng là

0,034/0,04.100% = 83,89%

Theo (1) n_O2 = 3/2n_KCl = 0,051 (mol)

=> V_O2 = 0,051.24,79 = 1,26429 (l)

Câu 2. Để điều chế được 8,775 gam muối Sodium chloride (NaCl) thì cần bao nhiêu gam Na? Biết hiệu suất phản ứng đạt 75%.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

2Na + Cl₂→ 2NaCl

n_NaCl= 8,775/58,5 = 0,15 (mol)

Nếu hiệu suất là 100% thì n_NaCl= 0,15.75/100 = 0,2(mol)

Theo phương trình hóa học: n_Na = n_NaCl= 0,2 mol

→ m_Na = 0,2.23 = 4,6 (g)

Theo phương trình hóa học: nCl₂ =1/2n_NaCl= 0,1 mol

→ V_Cl2= 0,1.24,79 = 2,479 (l)

Câu 3. 280 kg đá vôi chứa 25% tập chất thì có thể điều chế được bao nhiêu kg vôi sống, nếu hiệu suất phản ứng là 80%.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Do đá vôi chứ 25% tạp chất nên khối lượng đá vôi là: m_CaCO3 = 280.75% = 210 kg

CaCO₃→ CaO + CO₂

100 g 56 g

210 kg x kg

Khối lượng CaO lí thuyết thu được theo phương trình là:

x = 210.56/100 = 117,6 kg

Do hiệu suất là H = 80% nên khối lượng CaO thực tế thu được là:

m_CaO thực tế = m_CaO (LT).80% = 117,6.80% = 94,08 kg

Câu 4. Cho 21,75g MnO₂ tác dụng hết acid HCl đặc

a) Tính V của Cl₂tạo thành ở đktc, H = 80%

b) Clo ở trên tác dụng hết với Fe (đun nóng). Tính lượng muối tạo thành

c) Xác định M (hóa trị 2) biết clo tác dụng vừa đủ 4,8g kim loại M

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂+ 2H₂O

Ta có:

n_{Cl2 lt} = n_MnO2 = 21,75/(55 +16.2) = 0,25 mol

=> n_Cl2 = 0,25.80% = 0,2 mol

=> V_Cl2 = 0,2.24,79 = 4,958 lít

Phương trình hóa học:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

=> n_FeCl3 = 2/3n_Cl2 = 0,4/3 mol

=> m_FeCl3 = 0,4/3.(56 + 35,5.3) = 21,67 gam

M + Cl₂ → MCl₂

=> n_M = n_Cl2 = 0,2 mol

=> M_M = 4,8/0,2 = 24

Vậy M là Mg

Câu 5. Thực hiện tổng hợp amoniac từ N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃. Nồng độ ban đầu các chất: [N₂] = 2M, [H₂] = 2,4 M. Khi phản ứng đạt cân bằng [NH₃] = 0,4 M. Hiệu suất phản ứng tổng hợp

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học: N₂ + 3H₂ ⇔ 2NH₃

Ban đầu: 1mol/l 2,4 mol.l

Cân bằng 0,6 mol/l 0,4 mol/lit

Theo phương trình hóa học thì 1 mol N₂ cần 3 mol H₂. Ở đây chỉ có 1,2 mol H₂, vì H₂ thiếu nên tác dụng hết.

Hiệu suất phải tính theo lượng chất tác dụng hết.

Số mol H₂ đã tác dụng là 0,6 mol.

Vậy H = (0,6 : 2,4). 100 = 25%

5. Bài tập tự luyện tập tổng hợp

Chi tiết bộ câu hỏi bài tập nằm trong file, mời các bạn ấn link TẢI VỀ

.........................................

Xem thêm các bài Tìm bài trong mục này khác:

Chia sẻ, đánh giá bài viết

114

320.445

Bài trước

Bài sau

Chia sẻ bởi:
Đội Trưởng Mỹ

Tải về

Chọn file muốn tải về:

Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học

516,9 KB

Bài tập hiệu suất phản ứng
160 KB

Đóng Chỉ thành viên VnDoc PRO/PROPLUS tải được nội dung này!

Đóng

79.000 / tháng

Mua ngay

Đặc quyền các gói Thành viên

PRO

Phổ biến nhất

PRO+

Tải tài liệu Cao cấp 1 Lớp

Tải tài liệu Trả phí + Miễn phí

Xem nội dung bài viết

Trải nghiệm Không quảng cáo

Làm bài trắc nghiệm không giới hạn

Tìm hiểu thêm

Mua cả năm Tiết kiệm tới 48%

Xác thực tài khoản!

Theo Nghị định 147/2024/ND-CP, bạn cần xác thực tài khoản trước khi sử dụng tính năng này. Chúng tôi sẽ gửi mã xác thực qua SMS hoặc Zalo tới số điện thoại mà bạn nhập dưới đây:

Số điện thoại chưa đúng định dạng!