Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học
Cách Tính Hiệu Suất Phản Ứng Hóa Học
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:
Nếu lượng chất tính theo số mol thì hiệu suất được tính theo công thức:
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
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 Fe2O3 là:
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: mFe = nFe. MFe = 0,1 . 56 = 5,6 (gam).
Bước 2: Tính hiệu suất phản ứng.
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:
Hiệu suất phản ứng:
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:
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:
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:
nHI lý thuyết = 2×nI2 = 2 × 0,45 = 0,9 (mol)
Hiệu suất của phản ứng là:
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% => mFeS2 thực tế = 60/90% = 200/3 tấn
Vì quặng chứa 95% FeS2 ⇒ mquặng = 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 H2SO4 đặc) 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.
nalcohol phản ứng = 2.nacid= 0,1 mol.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có:
malcohol + macid = mester + mnước
= 0,1.46 + 5,3 = meste + 0,1.18
=> mester = 8,10 gam
Vì hiệu suất của các phản ứng ester hoá đều bằng 80%
Nên mester 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
Khối lượng Fe2O3 có trong 2,4 tấn quặng hematite là:
mFe2O3 = 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 = mFe2O3/160 ×112 = 2,04 . 112 /160 = 1,428 tấn
Vì hiệu suất của quá trình là 80%
=> Lượng Fe thu được theo thực tế:
mFe thực tế = mFe lí thuyết/100% × %H = 1,428 .80/100 = 1,1424 tấn
Vì gang chứa 95% Fe => khối lượng gang mgang= mFe 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
nNaCl = mNaCl/ MNaCl = 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)
mNa = 0,1.23 = 2,3 (gam)
VCl2 = 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
nZn = 19,5/65 = 0,3 (mol)
nCl2 = 7,746875/24,79 = 0,3125 (mol)
nZnCl2 = 0,27 (mol)
Phương trình hóa học
Zn + Cl2 → ZnCl2
Ta thấy:
nCl2 > nZn => 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)
= 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 mKCl → tính được nKCl → tính nKClO3 (theo phương trình) → tính mKClO3 (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
nKCl = 2,5/74,5 = 0,034 mol
2KClO3
2 2 3
0,034 0,034
Khối lượng KClO3 thực tế phả ứng:
mKClO3 = nKClO3.MKClO3 = 0,034.1225 = 4,165 gam
Hiệu suất phản ứng:
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
nNaCl = 0,15 mol
Phương trình phản ứng
2Na + Cl2
2 1 2
0,15 0,075 0,15
Khối lượng Na và thể tích khí clo theo lý thuyết:
mNa lý thuyết = nNa.MNa = 0,15.23 = 3,45 (gam)
VCl2 = nCl2.22,4 = 0,075.24,79 = 1,85925 lít
Khi có H = 75%, khối lượng Na và thể tích khí clo thực tế là:
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
nKClO3 = 4,9/122,5 = 0,04 (mol)
nKCl = 2,5/74,5 = 0,034 (mol)
2KClO3
Theo phương trình phản ứng (1) nKClO3(pư) = nKCl = 0,034 (mol)
Hiệu suất phản ứng là
0,034/0,04.100% = 83,89%
Theo (1) nO2 = 3/2nKCl = 0,051 (mol)
=> VO2 = 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
nNaCl = 8,775/58,5 = 0,15 (mol)
Nếu hiệu suất là 100% thì nNaCl = 0,15.75/100 = 0,2(mol)
Theo phương trình hóa học: nNa = nNaCl = 0,2 mol
→ mNa = 0,2.23 = 4,6 (g)
Theo phương trình hóa học: nCl2 =1/2nNaCl = 0,1 mol
→ VCl2 = 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: mCaCO3 = 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:
mCaO thực tế = mCaO (LT).80% = 117,6.80% = 94,08 kg
Câu 4. Cho 21,75g MnO2 tác dụng hết acid HCl đặc
a) Tính V của Cl2 tạo 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:
nCl2 lt = nMnO2 = 21,75/(55 +16.2) = 0,25 mol
=> nCl2 = 0,25.80% = 0,2 mol
=> VCl2 = 0,2.24,79 = 4,958 lít
Phương trình hóa học:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
=> nFeCl3 = 2/3nCl2 = 0,4/3 mol
=> mFeCl3 = 0,4/3.(56 + 35,5.3) = 21,67 gam
M + Cl2 → MCl2
=> nM = nCl2 = 0,2 mol
=> MM = 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
.........................................
- Công thức tính phần trăm khối lượng
- Công thức tính thể tích chất khí ở đktc
- Công thức tính nồng độ mol và nồng độ phần trăm
- Tổng hợp công thức hóa học 8 cần nhớ
- Độ tan là gì? Công thức tính độ tan
- Oxide lưỡng tính là gì? Các oxide lưỡng tính
- CaO là oxide gì? Tính chất hóa học CaO
- Các bài tập về lượng chất dư Hóa học 8
- Cách đọc tên các chất hóa học lớp 8
- Bảng nhận biết các chất kết tủa