Как найти объемную долю выхода газа

Задачи на выход продукта химической реакции. Как решать задачи на выход продукта реакции. Что такое выход продукта химической реакции. Теоретическое и практическое количество продукта химической реакции.

При решении задач на расчеты по уравнениям химических реакций мы принимаем, что в ходе реакции образуется точно рассчитанное количество продукта, исходя из мольного соотношения реагентов и продуктов. Количество продукта реакции, которое должно получится из реагентов согласно стехиометрическим расчетам — это теоретическое количество (масса, объем) или теоретический выход продукта реакции n_теор. 

Однако на практике это соотношение не выполняется, и в большинстве случаев образуется меньшее количество продукта реакции, чем было рассчитано — практическое количество (масса, объем) или практический выход продукта реакции n_пр. 

Практический и теоретический выход не совпадают в силу разных причин —  неэффективные соударения реагирующих частиц, побочные процессы, потери в ходе проведения реакции и т.д.

Обратите внимание! Понятия теоретического или практического количества реагента не существует. Ведь мы всегда берем определенное количество реагентов. А вот вступать в реакцию не полностью реагенты могут.

Массовая (мольная, объемная) доля выхода продукта реакции η или ω — это соотношение массы (количества вещества, объема) продукта, которая практически получена в ходе реакции, m_пр., к массе (количеству, объему) продукта, которая рассчитана теоретически, m_теор.:

η = m_пр./m_теор.

Массовую (мольную, объемную) долю выхода продукта реакции можно выражать в долях, а можно в процентах:

η = m_пр./m_теор.·100%

Рассмотрим несколько задач на определение и использование выхода продукта реакции.

1. Какое количество вещества аммиака получится при действии избытка раствора гидроксида натрия на 500 г сульфата аммония, если выход в данной реакции 70%?

Решение.

2NaOH + (NH₄)₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2NH₃ + 2H₂O

Количество вещества сульфата аммония:

n((NH₄)₂SO₄) = m/M = 500/132 = 3,79 моль

Теоретическое количество аммиака:

n_теор.(NH₃) = 2·n((NH₄)₂SO₄) = 2·3,79 = 7,58 моль

Зная мольную долю выхода продукта реакции, определим практический выход аммиака:

n_пр.(NH₃) = η·n_теор.(NH₃) = 0,7·7,58 = 5,3 моль

Ответ: n_пр.(NH₃) = 5,3 моль

2. При хлорировании метана объемом 112 л (н. у.) получен дихлорметан массой 255 г. Определите долю выхода дихлорметана.

Решение.

CH₄ + 2Cl₂ = CH₂Cl₂ + 2HCl

Количество вещества метана:

n(CH₄) = V/V_m = 112/22,4 = 5 моль

Теоретическое количество дихлорметана:

n_теор.(CH₂Cl₂) = n(CH₄) = 5 моль

m_теор.(CH₂Cl₂) = M·n_теор.(CH₂Cl₂) = 85 г/моль·5 моль = 425 г

Масса дихлорметана, которая приведена в условии задачи — это практический выход дихлорметана.

Доля выхода дихлорметана:

η = m_пр./m_теор. = 255/425 = 0,6 или 60% 

Ответ: выход продукта реакции 60%

3. Определите массу оксида меди (II), которая потребуется для получения 500 г нитрата меди, если доля выхода в реакции взаимодействия оксида меди с HNO₃ составляет 92%?

4. Определите объем (н.у., л) аммиака, который получится при действии избытка раствора гидроксида натрия на 48 г карбоната аммония, если выход в реакции составляет 70%?

5. Определите массу соли, г, которая образуется при растворении в избытке азотной кислоты 80 г оксида меди (II), если выход в реакции составляет 80%?

6. При термическом разложении 1700 г нитрата натрия было получено 174,4 л кислорода (н.у.). Определите массовую долю выхода в этой реакции.

7. Рассчитайте массу оксида магния, которая образуется при разложении гидроксида магния массой 50 г, если реакция разложений прошла с выходом 95,5%.

8. Какая масса бензола (кг) может получиться из 369,6 м³ (н.у.) ацетилена, если доля выхода бензола составила 65% от теоретически возможного?

9. Определите массу спирта, полученного при гидратации 40 л пропилена (н.у.), если доля выхода продукта реакции со­ставляет 65% от теоретически возможного.

10. Определите долю выхода в реакции каталитического окисления аммиака кислородом, если при окислении 10 моль аммиака образуется 200 л оксида азота (II) при н.у.?

11. Пары брома объемом 20 л смешали с избытком водо­рода, в результате из смеси выделили 32 л бромоводорода. Определите долю выхода, %, если объемы газов измерялись при одинаковых условиях.

12. Оксид кальция массой 0,64 кг нагрели до 1200° С с до­статочной массой оксида кремния (IV). Масса образовавшегося силиката кальция оказалась равной 1,024 кг. Определите выход (%) реакции соединения.

13. Из 36 г метанола было получено 24 г диметилового эфира. Рассчитайте выход реакции дегидратации

14. Углекислый газ объемом 6 л (н.у.) пропустили над раскалённым углем, продукт реакции пропустили через избыток известковой воды, после чего собрали 7,2 л (н.у.) газа. Определите степень превращения углекислого газа, %.

15. Определите массу, г нитрата аммония, которая содержалась в растворе, если при действии на этот раствор избытка гидроксида кальция выделилось 6 г аммиака. Реакция прошла с выходом 88,2 %.

16. При термическом разложении не загрязненного примесями карбоната кальция образовалось 20 г оксида кальция. Изве­стно, что реакция прошла с выходом 85%. Вычислите массу карбоната кальция, взятого для проведения реакции разложений и объем (н.у.) образовавшегося углекислого газа.

17. Какой объем пропана (н.у.) потребуется для получения 42 г пропена, если доля выхода продуктов реакции составля­ет 60% от теоретически возможного?

18. При бромировании пентена-2 массой 8,4 г получен 2,3-дибромпентан массой 24,3 г. Определите долю выхода продукта реакции.

19. Из  69 г этанола получен бутадиен-1,3 массой 36,85 г. Определите массовую долю выхода продукта реакции.

20. При бромировании 5,4 г дивинила избытком брома обра­зуется 28,2 г 1,2,3,4-тетрабромбутана. Определите выход продукта реакции.

21. Определите, какая масса 2-метилбутана необходима для получения 46,24 г изопрена, если доля выхода продукта реакции со­ставляет 85%?

22. Определите объем метана, который потребуется для получения 63 л ацетилена (н.у.), если доля выхода продуктов реакции состав­ляет 70% от теоретически возможного.

23. Определите, какую массу уксусного альдегида можно получить по ре­акции Кучерова из 11,2 л ацетилена (н. у.), если доля выхо­да продуктов реакции составляет 80% от теоретически возможного?

24. При действии избытка воды на 48 г технического карби­да кальция, содержащего 10% примесей, образовался аце­тилен объемом 10,08 л (н.у.). Определите долю выхода продукта ре­акции.

25. Определите массу технического карбида алюминия, содер­жащего 7% примесей, необходимого для получения 56 л метана (н.у.), если доля выхода продуктов реакции со­ставляет 70% от теоретически возможного.

26. Из 179,2 л бутана (н.у.) с объемной долей примесей 25% двухстадийным синтезом получен бутанол-2 массой 159,84 г. Доли выхода продуктов на первой и второй ста­диях одинаковы. Определите доли выхода продуктов реакций.

27. Циклогексан массой 16 г сожгли в избытке кислорода и получен­ный углекислый газ пропустили через избыток раствора гидроксида кальция, в результате чего выпал осадок мас­сой 90 г. Определите массовую долю негорючих примесей в циклогексане, если доля выхода продуктов горения состав­ляет 90% от теоретически возможного.

28. При нитровании 46,8 г бензола получен нитробензол мас­сой 66,42 г. Определите выход продуктов реакции.

Дорогие друзья продолжаем наши разборы задач и сегодня разберем “Что такое выход продукта химической реакции?” Не всегда в ходе практических опытов мы получаем то количество вещества, на которое изначально рассчитывали. Часть вещества может не прореагировать, часть потеряться. Поэтому, полностью реагенты вряд ли когда-то прореагируют, отсюда возникли понятия практический выход от теоретически возможного

Сначала основные термины:

Количество продукта реакции, которое должно получится из реагентов согласно стехиометрическим расчетам — это теоретическое количество (масса, объем) или теоретический выход продукта реакции nтеор.

Однако на практике это соотношение не выполняется, и в большинстве случаев образуется меньшее количество продукта реакции, чем было рассчитано — практическое количество (масса, объем) или практический выход продукта реакции nпр.

Массовая (мольная, объемная) доля выхода продукта реакции η или ω — это соотношение массы (количества вещества, объема) продукта, которая практически получена в ходе реакции, mпр., к массе (количеству, объему) продукта, которая рассчитана теоретически, mтеор.:

η = mпр./mтеор.

Массовую (мольную, объемную) долю выхода продукта реакции можно выражать в долях, а можно в процентах:

η = mпр./mтеор.·100%

Алгоритм решения задач

1.Записываем условие задачи, определяем известные и не известные данные

2.Составляем уравнение химической реакции (УХР), расставляем коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

3.Находим количество вещества известных данных

4.По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции

5.Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле.

6.Если в условии задачи уже дан выход продуктов реакции, следовательно выводим из основной формулы практические или теоретические массы.

Пример 1. При хлорировании метана объемом 112 л (н. у.) получен дихлорметан массой 255 г. Определите долю выхода дихлорметана.

Пример 2. Определите массу осадка (г, н.у.), полученного при сливании двух растворов, один из которых содержит 4,5 г хлорида кальция, а другой 4,1 г ортофосфата натрия. Выход продукта реакции составляет 88%

Пример 3. Рассчитайте выход (%) продукта реакции 43,05 г анилина с избытком бромной воды, если для нейтрализации выделившегося бромоводорода потребовалось 62,5 г 40%-ного раствора гидроксида натрия

Задачи для самоконтроля

1.При взаимодействии магния массой 1,2 г с рас­твором серной кислоты получили соль массой 5,5 г. Определите выход продукта реакции (%). (91,67%.)

2.При взаимодействии натрия количеством веще­ства 0,5 моль с водой получили водород объемом 4,2 л. Вычислите практический выход газа(%). (75%.)

3.Металлический хром получают восстановлени­ем его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вы­числите массу хрома, который можно получить восстановлением его оксида массой 228 кг, если практиче­ский выход хрома составляет 95%. (148,2 кг.)

4.При каталитическом гидрировании формальдегида получили метиловыи спирт, при взаимодейтвии которого с металлическим натрием образовался во­дород объемом 8,96 л (н. у.). Выход продукта на каж­дой стадии синтеза составил 80%. Определите исходную массу формальдегида. (37,5 г.)

5.Вычислите, какой объем раствора с массовой долей гидроксида калия 26% (р = 1,24 r/мл) необходим для реакции с алюминием, чтобы получить водород объемом 10,64 л, если выход водорода составляет 95%. (41,35)

Надеюсь, моя статья была для вас полезна. Еще больше интересной информации вы найдете в наших сообществах в ВКонтакте vk.com/biochemschool и Телеграме t.me/biochemschool.