Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học

Hiệu suất là gì? Công thức tính hiệu suất phản ứng là gì? Phương pháp tính nhanh hiệu suất? Tất cả câu hỏi này sẽ được giải đáp trong tài liệu được VnDoc chia sẻ dưới đây. Tài liệu giúp các em nắm được Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học, cũng như đưa ra các nội dung ví dụ, bài tập hiệu suất kèm theo. Sau đây mời các bạn tham khảo.

• Các công thức hóa học lớp 9 Đầy đủ nhất
• Chuỗi phản ứng hóa học hữu cơ lớp 9 Có đáp án
• Hóa học lớp 9: Nhận biết - Phân biệt các chất
• Chuỗi phản ứng Hóa học vô cơ lớp 9

1. Hiệu suất là gì?

Hiệu suất (thường có thể đo được) là khả năng tránh lãng phí vật liệu, năng lượng, nỗ lực, tiền bạc và thời gian để làm một việc gì đó hay tạo ra kết quả mong muốn. Nói chung, đó là khả năng làm tốt một việc mà không có lãng phí.

Trong nhiều thuật ngữ toán học và khoa học, nó là thước đo mức độ mà đầu vào cũng được dùng cho một mục đích, nhiệm vụ, chức năng được yêu cầu (đầu ra). Nó thường đặc biệt bao gồm các khả năng của một ứng dụng cụ thể nỗ lực để sản xuất ra một kết quả cụ thể với một số tiền tối thiểu hay số lượng chất thải, chi phí, nỗ lực không cần thiết. Hiệu quả đề cập đến rất khác nhau đầu vào và đầu ra trong lĩnh vực và các ngành công nghiệp khác nhau.

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

2.1 Công thức tính hiệu suất của phản ứng hóa học và ví dụ cụ thể

Cho phản ứng hóa học: A + B → C

Hiệu suất phản ứng:

H = số mol pứ . 100% / số mol ban đầu

hoặc cũng có thể tính theo khối lượng:

H = khối lượng thu được thực tế . 100% / khối lượng thu được tính theo phương trình

Lưu ý là tính hiệu suất theo số mol chất thiếu (theo số mol nhỏ)

Từ công thức cũng có thể tính được:

n_C = n_{A pứ} = (n_{A ban đầu} . H)/100

n_{A ban đầu cần dùng}: n_{A ban đầu} = (n_C.100)/H

2.2 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:

2.3. 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:

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Trong bài này chúng ta có 2 cách để giải bài toán:

Cách 1:

CaCO₃ → CaO + CO₂

0,1 mol → 0,1 mol

Theo phản ứng ta có 0,1 mol CaCO₃ tạo 0,1 mol CaO. Tuy nhiên theo thực tế đo được chỉ thu được 0,08 mol CaO. Như vậy đối với CaO lượng tính toán theo phản ứng là 0,1 (gọi là khối lượng theo lý thuyết) và lượng chắc chắn thu được là 0,08 (gọi là lượng thực tế). Hiệu suất phản ứng H(%) = (thực tế/lý thuyết)*100 = (0,08/0,1)*100 = 80%, tức là:

Cách 2:

CaCO₃ → CaO + CO₂

0,08 mol ← 0,08 mol

Nhìn tỉ lệ mol trên phương trình nếu thu được 0,08 mol vôi sống CaO cần dùng 0,08 mol CaCO₃.

Tuy nhiên đề bài cho là nung 0,1 mol CaCO₃.

Tóm lại đối với CaCO₃ lượng tính toán theo phản ứng là 0,08 (gọi là lựong lý thuyết) và lượng chắc chắn cần phải có là 0,1 (gọi là lượng thực tế).

Hiệu suất phản ứng H = (lý thuyết/ thực tế).100 = (0,08/0,1).100 = 80%

Vậy tóm lại khi tính hiệu xuất phản ứng thì chúng ta cần xác định xem mình dựa vào tác chất hay sản phẩm để có công thức phù hợp để tính.

+ Nếu dựa vào sản phẩm thì công thức: H = (thực tế/ lý thuyết).100

+ Nếu dựa vào tác chất thì công thức: H = (lý thuyết/ thực tế).100

Theo kinh nghiệm của tôi với các bài tập tính toán hiệu suất phản ứng, khi làm bài đừng để ý đến thực tế, lý thuyết gì cả. Cứ thực hiện tính toán bình thường, dựa vào tác chất hay sản phẩm tùy ý, sau đó đối chiếu lượng ở đề bài cho xem giá trị nào lớn, giá trị nào nhỏ.

Hiệu suất = (giá trị nhỏ/ giá trị lớn).100

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

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_{ancol phản ứng} = 2.n_axit= 0,1 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng có:

m_ancol + m_axit = m_este + m_nước

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

=> m_este = 8,10 gam

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

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

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra:

Fe₂O₃ + 3CO 2Fe + 3CO₂↑

Khối lượng Fe₂O₃ có trong 2,4 tấn quặng hemantit 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

3. Bài tập ví dụ tính hiệu suất phản ứng trong Hóa học

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 = 0,05.22,4 = 1,12 (lit)

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

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

n_Cl2 = 7/22,4 = 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)

Hiệu suất phản ứng: H = số mol Zn phản ứng .100/ số mol Zn ban đầu

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

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 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 = 4,165/4,9.100% = 85%

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

n_NaCl = 0,15 mol

Phương trình phản ứng

2Na + Cl₂ 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 = 0,075.22,4 = 1,68 lít

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

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Ta có: n_CH3COOH = 12/60 = 0, 2(mol) và n_C2H5OH = 13,8/46 = 0, 3( mol) > 0,2

⇒ Hiệu suất tính theo số mol axit phản ứng:

CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O

0,2 => 0,2 => 0,2

Từ (*) ⇒ m_este = 0,2 x 88 = 17,6 (gam)

Vậy H = 11/17,6 x 100% = 62,5%

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

nC₂H₅OH = (20.0,92.0,8)/46 = 0,32 mol; nCH₃COOH = 0,3 mol;

nCH₃COOCH₃ = 21,12/88 = 0,14 mol

Phương trình phản ứng :

CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOCH₃ + H₂O(1)

mol: 0,24 ← 0,24 ← 0,24

Ban đầu số mol ancol nhiều hơn số mol axit nên từ (1) suy ra ancol dư, hiệu suất phản ứng tính theo axit.

Theo (1) số mol axit và ancol tham gia phản ứng là 0,24 mol. Vậy hiệu suất phản ứng là :

H = 0,24/0,3 x 100 = 80%.

Hướng dẫn giải chi tiết bài tập

Gọi x, y là thể tích H₂, Cl₂

Trong hỗn hợp X ban đầu

=> x + y = 12

Gọi a là thể tích phản ứng:

H₂ + Cl₂ → 2 HCl

a-------a-------2a

Phản ứng không thay đổi thể tích

=> Hỗn hợp Y sau phản ứng vẫn có thể tích = 12 lít

=> V_HCl = 2a = 12.0,3 => a = 1,8

Thể tích Cl₂ sau phàn ứng = y - a = 0,8y

=> y = 4a = 7,2

=> x = 4,8

=> Nếu phản ứng hoàn toàn ==> H2 hết

=> Hiệu suất đối với H₂ = 1,8.100/4,8 = 37,5%

4. Bài tập luyện tập

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 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 = 0,051.22,4 = 1,1424 (l)

Câu 2. Để điều chế 8,775 gam muối Natri clorua (NaCl) thì cần số gam Natri là? Biết hiệu suất bằng 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 = 0,1.22,4 = 2,24 (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 axit 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:

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

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

=> V_Cl2 = 0,2.22,4 = 4,48 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%

Câu 6. Khối lượng este metyl metacrylat thu được là bao nhiêu khi đun nóng 215 gam axit metacrylic với 100 gam ancol metylic, giả thiết hiệu suất phản ứng este hóa đạt 70%

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ts có n_(Axit)= 215/86 = 2,5 mol

n_(ancol) = 100/32

Xét tỉ lệ số mol giữa axit và ancol thì ancol dư do đó Phản ứng tính theo số mol axit.

Phương trình hóa học

CH₂=C(CH₃)-COOH + CH₃OH → CH₂=C(CH₃)-COOCH₃ + H₂O.

Với H = 60%

→ n_(este) = 2.5.60% = 1,5.

Khối lượng este là:  m_(este) = 1,5.100 = 150 gam

Câu 7. Lên men hoàn toàn m gam glucozơ thành ancol etylic. Toàn bộ khí CO₂ sinh ra trong quá trình này được hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)₂ dư tạo ra 50 gam kết tủa. Nếu hiệu suất của quá trình lên men là 75% thì giá trị của m là:

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

nk_{ết tủa} = 0,5 mol

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ (1)

0,25 ←  0,5

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (2)

0,5 ←  0,5

=> m_{glucozo (thực tế)} = 0,25.180 = 45 gam

H = 75% => m_{glucozo(ban đầu)} = 45.100/75 = 60 gam

Câu 8. Từ 3 tấn quặng pirit (chứa 585 FeS₂ về khối lượng, phần còn lại là các tập chất trơ) điều chế được bao nhiêu tấn dung dịch H₂SO₄ 98%, hiệu suất chung của có quá trình điều chế là 70%.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra

4 FeS₂ + 11O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

SO₂+ 1/2 O₂→ SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

m_FeS2 = 0,58. 3=1,74(tấn)

m_{(H2SO4, lí thuyết)}= (98.1,74)/ 480 = 0,35525 (tấn)

Vì hiệu suất quá trình điều chế là 70%

Khối lượng H₂SO₄ thực tế thu được là:

m_H2SO4(TT) = 0,35525.70% = 0,248675 (tấn)

Khối lượng dung dịch H₂SO₄ 98% là

=> m_ddH2SO4 = (0,248675.100)/98 = 0,25375(tấn) = 253,75 (kg)

Câu 9. Nung 100 kg CaCO₃ thì thu được 47,6kg CaO. Tính hiệu suất của phản ứng.

Biết phản ứng xảy ra như sau: CaCO₃ → CaO + CO₂

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình hóa học xảy ra như sau là :

CaCO₃ → CaO + CO₂

100 g ⟶ 56 g

100 kg ⟶ 5 kg

Hiệu suất của phản ứng là: H= 47,6 .100/56 = 85%

Vậy hiệu suất của phản ứng là 85 %

Câu 10. Nung nóng kali nitrat KNO₃, chất này bị phân hủy tạo thành kali nitrit KNO₂ và O₂. Tính khối lượng KNO₃ cần dùng để điều chế được 2,4 gam O₂. Biết hiệu suất phản ứng đạt 85%.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Số mol O₂ bằng 2,4 : 32 = 0,075 mol

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra

2KNO₃→ 2KNO₂ + O₂

2                      → 1 mol

0,15                 → 0,075 mol

Khối lượng KNO₃ theo lý thuyết là: m_lt = 0,15.101 = 15,15 gam

Vì hiệu suất phản ứng là 85% nên

Khối lượng KNO₃ thực tế cần dùng là: m_tt = 15,15.100/85 = 17,8%

Câu 11. Cho luồng khí H₂ đi qua ống thủy tinh chứa 20 gam bột CuO ở nhiệt độ cao. Sau phản ứng thu được 16,8 gam chất rắn. Hiệu suất của phản ứng bao nhiêu. Biết phương trình hóa học của phản ứng như sau:

CuO + H₂ → Cu + H₂O

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Phương trình hóa học của phản ứng:

CuO + H₂ → Cu + H₂O

Gọi số mol của H₂ là a ta có: n_H2O = n_H2 = a (mol)

Bảo toàn khối lượng:

20 + 2 a = 16,8 + 18 a

=> a = 0,2(mol)

n_{CuO pư} = n_H2 = 0,2(mol)

Vậy : H = 0,2.80/20 .100% = 80%

Câu 12. Trộn 10,8 g bột nhôm với bột lưu huỳnh dư. Cho hỗn hợp vào ống nghiệm và đun nóng để phản ứng xảy ra thu được 25,5 g Al₂S₃. Tính hiệu suất phản ứng?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra

2Al + 3S → Al₂S₃ (1)

n_Al2S = 64/375 (mol)

n_Al = 0,4 (mol)

Từ 1:

n_{Al phản ứng}= 2n_Al2S3 = 1283/75 (mol)

H = 1283/75:0,4.100% = 85,3%

Câu 13. Cho 22,4 lít khí etilen C₂H₄ (đktc) tác dụng với nước (dư) có axit sunfuric làm xúc tác, thu được 13,8 gam rược etylic C₂H₅OH. Tính hiệu suất phản ứng cộng nước của etilen.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

n_C2H4 = 22,4/22,4 = 1 mol

Phương trình phản ứng hóa học

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH

1 mol → 1 mol

Khối lượng rượu etylic thu được theo lí thuyết là: 1.46 = 46 gam

Ta có khối lượng rượu etylic thu được thực tế là 13,8 gam

Hiệu suất của phản ứng cộng nước của etilen là:

H = m_TT/m_LT.100% = 13,8/46.100% = 30%

Câu 14. Cho 13,6 gam hỗn hợp X gồm axit axetic (CH₃COOH) và rượu etylic (C₂H₅OH) được trộn theo tỉ lệ mol tương ứng là 3 : 2. Đun nóng X với H₂SO₄ đặc một thời gian thu được m gam este CH₃COOCH₂CH₃ với hiệu suất phảnứng là 80%. Giá trị của m là bao nhiêu?

Câu 15. Cho phương trình: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ ↑

Nhiệt phân 31,6 gam KMnO₄, thu được V lít O₂ (đktc), biết hiệu suất phản ứng 80%.Giá trị của V là bao nhiêu.

Câu 16. Tính khối lượng natri và thể tích khí clo (đktc) để điều chế 8,775 g muối natri clorua (NaCl), cho hiệu suất phản ứng là 75%.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

nNaCl = 8,775/ 58,5 = 0,15 mol

2Na + Cl2 → 2NaCl

Theo phương trình phản ứng, ta có nNa = nNaCl => m Na lý thuyết = 0,15.23 = 3,45 (g)

nCl2 = ½ nNaCl => V Cl2 lý thuyết = 0,075.22,4 = 1,68 (l)

Vì hiệu suất phản ứng là 75% nên ta có:

Khối lượng natri thực tế: m Na thực tế = 3,45 x 100/ 75 = 4,6 (g)

Thể tích khí Clo thức tế: V Cl2 thực tế = 1,68 x 100/75 = 2,24 (l)

Chi tiết nội dung tài liệu nằm trong file, mời các bạn ấn link TẢI VỀ MIỄN PHÍ.

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

Ngoài tài liệu trên, các bạn học sinh còn có thể tham khảo các Trắc nghiệm Hóa học 9, Giải sách bài tập Hóa 9, Giải bài tập Hóa học 9 được cập nhật liên tục trên VnDoc để học tốt Hóa 9 hơn.