Tính theo phương trình hóa học
Dựa vào phương trình hoá học, khi biết lượng một chất đã phản ứng hoặc lượng chất tạo thành, tính được lượng chất còn lại.
1. Tính lượng chất tham gia trong phản ứng
Ví dụ 1: Khi cho Fe tác dụng với dung dịch HCl thì xảy ra phản ứng hoá học sau:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Cần dùng bao nhiêu mol Fe để thu được 1,5 mol H2?
Hướng dẫn giải
Theo phương trình hoá học:
1 mol Fe tham gia phản ứng sẽ thu được 1 mol H2.
Vậy: 1,5 mol Fe ……………………………… 1,5 mol H2.
Số mol Fe cần dùng để thu được 1,5 mol H2 là 1,5 mol.
Ví dụ 2: Xác định khối lượng của Fe khi cháy trong khí oxygen vừa đủ thu được 16 gam Fe2O3.
Hướng dẫn giải
Phương trình phản ứng hóa học:
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
Số mol Fe2O3 sinh ra là:
\(n_{Fe_{2}O_{3} } =\frac{m_{Fe_{2}O_{3} }}{M_{Fe_{2}O_{3} }}=\frac{16}{160} = 0,1 (mol)\)
Theo phương trình hoá học:
4 mol Fe tham gia phản ứng sẽ thu được 2 mol Fe2O3.
Vậy: 0,2 mol Fe ………………………………... 0,1 mol H2.
Khối lượng Fe tham gia phản ứng là:
mFe = nFe.MFe = 0,2.56 = 11,2 gam.
2. Tính lượng chất sinh ra trong phản ứng
Ví dụ 1: Hoà tan hết 0,65 gam Zn trong dung dịch HCl 1 M, phản ứng xảy ra như sau:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Tính khối lượng muối zinc chloride (ZnCl2) tạo thành sau phản ứng.
Hướng dẫn giải
Tính số mol Zn tham gia phản ứng:
nZn= mZn : MZn=0,65 : 65 = 0,01 (mol).
Tìm số mol muối zinc chloride tạo thành sau phản ứng dựa theo tỉ lệ số mol các chất trong phương trình hoá học.
Theo phương trình hoá học:
1 mol Zn tham gia phản ứng sẽ thu được 1 mol ZnCl2.
Vậy: 0,01 mol Zn ……………………………… 0,01 mol ZnCl2.
Tính khối lượng zinc chloride tạo thành sau phản ứng:
mZnCl2 = nZnCl2.MZnCl2 = 0,01.(65 + 35,5.2) = 1,36 (gam).
Ví dụ 2: Hoà tan hết 0,56 gam Fe trong dung dịch HCl 1 M, phản ứng xảy ra như sau:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Tính thể tích khí hydrogen thu được trong ví dụ trên ở 25oC, 1 bar.
Hướng dẫn giải
Số mol Fe tham gia phản ứng là:
\(n_{Fe} =\frac{m_{Fe}}{M_{Fe}}=\frac{0,56}{56} = 0,01 (mol)\)
Theo phương trình hoá học:
1 mol Fe tham gia phản ứng sẽ thu được 1 mol H2.
Vậy 0,01 mol Fe tham gia phản ứng sẽ thu được 0,01 mol H2.
Thể tích khí hydrogen thu được ở 25oC, 1 bar (điều kiện chuẩn) là:
V = 0,01 . 24,79 = 0,2479 lít.
II. Hiệu suất phản ứng
1. Khái niệm hiệu suất phản ứng
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. Tính hiệu suất phản ứng
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:
\(H=\frac{m^{'} }{m} .100(\% )\)
Nếu lượng chất tính theo số mol thì hiệu suất được tính theo công thức:
\(H=\frac{n^{'} }{n} .100(\% )\)
Trong đó:
- n là số mol chất sản phẩm tính theo lí thuyết,
- n’ là số mol chất sản phẩm thu được theo thực tế.
Ví dụ 1: 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 \(\overset{t^{o} }{\rightarrow}\) 2Fe + 3H2O
Tình hiệu suất phản ứng theo 2 cách.
Hướng dẫn giải
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:
\(n_{Fe_{2} O_{3}} =\frac{m_{Fe_{2} O_{3}}}{M_{Fe_{2} O_{3}}} =\frac{8}{160} =0,05\: (mol)\)
Fe2O3 + 3H2 \(\overset{t^{o} }{\rightarrow}\) 2Fe + 3H2O
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.
\(H=\frac{m'_{Fe} }{m_{Fe}} .100\%=\frac{4,2}{5,6} .100\%=75\%\)
Cách 2: Tính hiệu suất phản ứng từ số mol chất sản phẩm theo lí thuyết và thực tế
Số mol Fe thu được theo lí thuyết là 0,1 mol.
Số mol Fe thực tế:
\(n'_{Fe} =m'_{Fe}:M_{Fe} = \frac{4,2}{56} = 0,075 (mol).\)
Hiệu suất phản ứng:
\(H=\frac{n'_{Fe} }{n_{Fe}} .100\%=\frac{0,075}{0,1} .100\%=75\%\)
Ví dụ 2: Nung 20 gam calcium carbonate (thành phần chính của đá vôi), thu được khí carbon dioxide và m gam vôi sống. Giả thiết hiệu suất phản ứng là 80%. Xác định m.
Hướng dẫn giải
Số mol CaCO3
\(n_{CaCO_{3} } = \frac{20}{100} =0,2 (mol)\)
Phương trình hóa học:
CaCO3 \(\overset{t^{o} }{\rightarrow}\) CaO + CO2
Theo phương trình hoá học:
1 mol CaCO3 tham gia phản ứng thu được 1 mol CaO.
Vậy 0,2 mol CaCO3 tham gia phản ứng thu được 0,2 mol CaO.
Khối lượng CaO thu được theo lí thuyết là: mlí thuyết = 0,2.56 = 11,2 gam.
Do hiệu suất phản ứng là 80% nên khối lượng CaO thu được theo thực tế là:
\(m_{thực \: tế} =\frac{11,2.80}{100} =8,96\: (gam)\)
