Hiệu suất phản ứng là gì? Công thức tính hiệu suất ra sao? Đây chính là một trong những câu hỏi được rất nhiều bạn học sinh quan tâm. Chính vì vậy trong bài viết dưới đây Download.vn xin giới thiệu đến các bạn đầy đủ kiến thức về hiệu suất phản ứng hóa học.
Trong bài viết hôm nay Download.vn giới thiệu toàn bộ kiến thức về hiệu suất phản ứng, công thức tính kèm theo ví dụ và các dạng bài tập kèm theo. Qua tài liệu này các em có thêm tư liệu tự học, tự nghiên cứu để học tốt môn Hóa học. Ngoài ra các bạn xem thêm tài liệu về bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
1. Hiệu suất phản ứng là gì?
Hiệu suất phản ứng hoá học có đơn vị tính là %. Chúng là đại lượng được đo lường bằng tỉ số giữa khối lượng thực tế so với khối lượng lý thuyết ban đầu. Theo đó khối lượng lý thuyết là khối lượng mà chúng phản ứng và tạo ra nhiều sản phẩm nhất trong phương trình phản ứng hoá học.
2. Công thức tính hiệu suất của phản ứng
A. 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:
nC = nA pứ = (nA ban đầu . H)/100
nA ban đầu cần dùng: nA ban đầu = (nC.100)/H
B. 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:
C. 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:
Ví dụ cụ thể: Nung 0,1 mol CaCO3 thu được 0,08 mol CaO. Tính hiệu suất phản ứng hóa học xảy ra.
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
3. Ví dụ tính hiệu suất phản ứng trong Hóa học
Ví dụ 1: 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%
Gợi ý đáp án
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 = 0,05.22,4 = 1,12 (lit)
Ví dụ 2: Cho 19,5 gam Zn phản ứng với 7 (lít) clo thì thu được 36,72 gam ZnCl2. Tính hiệu suất của phản ứng?
Gợi ý đáp án
nZn = 19,5/65 = 0,3 (mol)
nCl2 = 7/22,4 = 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)
Hiệu suất phản ứng: H = số mol Zn phản ứng .100/ số mol Zn ban đầu
= 0,27 . 100/0,3 = 90 %
Ví dụ 3: Nung 4,9 g KClO3 có xúc tác thu được 2,5 g KCl và khí oxi.
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
Gợi ý đáp án
nKCl = 2,5/74,5 = 0,034 mol
2KClO3 2KCl + 3O2
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:
H = 4,165/4,9.100% = 85%
Ví dụ 4. Để điều chế 8,775 g muối natri clorua (NaCl) thì cần bao nhiêu gam natri và bao nhiêu lít clo (đktc), biết hiệu suất phản ứng = 75%.
Gợi ý đáp án
nNaCl = 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:
mNa lý thuyết = nNa.MNa = 0,15.23 = 3,45 (gam)
VCl2 = nCl2.22,4 = 0,075.22,4 = 1,68 lít
Khi có H = 75%, khối lượng Na và thể tích khí clo thực tế là:
4. Bài tập vận dụng
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?
Gợi ý đáp án
nKClO3 = 4,9/122,5 = 0,04 (mol)
nKCl = 2,5/74,5 = 0,034 (mol)
2KClO3 2KCl + 3O2 (1)
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 = 0,051.22,4 = 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%.
Gợi ý đáp án
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= 0,1.22,4 = 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%.
Gợi ý đáp án
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 axit 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
Gợi ý đáp án
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 = 0,2.22,4 = 4,48 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