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 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.
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, 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%
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:
nтеор.(NH3) = 2·n((NH4)2SO4) = 2·3,79 = 7,58 моль
Зная мольную долю выхода продукта реакции, определим практический выход аммиака:
nпр.(NH3) = η·nтеор.(NH3) = 0,7·7,58 = 5,3 моль
Ответ: nпр.(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/Vm = 112/22,4 = 5 моль
Теоретическое количество дихлорметана:
nтеор.(CH2Cl2) = n(CH4) = 5 моль
mтеор.(CH2Cl2) = M·nтеор.(CH2Cl2) = 85 г/моль·5 моль = 425 г
Масса дихлорметана, которая приведена в условии задачи — это практический выход дихлорметана.
Доля выхода дихлорметана:
η = mпр./mтеор. = 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.
Выход от теоретически возможного
Сколько литров аммиака (NH3) образуется при взаимодействии 112 килограмм азота (N2) с водородом (H2)? Выход от теоретически возможного 80% (нормальные условия).
Решение задачи
Запишем уравнение реакции образования аммиака (NH3):
Напомню, что под выходом от теоретически возможного продукта реакции понимают отношение массы (объема, числа молей) практически полученного вещества к массе (объему, числу молей), теоретически рассчитанной по уравнению реакции.
Выход от теоретически возможного. Учитывая, что молярная масса азота (N2) равна 28 г/моль (смотри таблицу Менделеева), найдем химическое количество азота (N2) по формуле, устанавливающей связь между химическим количеством вещества и массой:
Получаем:
n (N2) = 112000 /28 = 4000 (моль) = 4 (кмоль).
По уравнению реакции найдем химическое количество аммиака (NH3) (теоретическое химическое количество вещества), которое выделяется в ходе реакции образования аммиака (NH3):
из 1 моль N2 образуется 2 моль NH3
из 4000 моль N2 образуется х моль NH3
Откуда:
Выход от теоретически возможного.
По формуле, устанавливающей связь между химическим количеством вещества и объемом, вычислим объем аммиака (NH3), который образуется в ходе реакции:
Получаем:
V теор.( NH3) = 8000 ∙ 22,4 = 179200 (л).
Вычислим объем аммиака (NH3) практический (выход от теоретически возможного) по формуле:
Выход от теоретически возможного.
Получаем:
V практ. (NH3) = 80 ⋅ 179200 / 100 = 143360 (л) = 143,36 (м3).
Ответ:
объем аммиака (NH3) равен 143,36 м3.
Расчетные задачи типа «Определение выхода продукта реакции в процентах от теоретического»
Признак
В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.
Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.
Доля выхода продукта обозначается буквой
(эта), измеряется в процентах или долях.
Также для расчётов может использоваться количественный выход:
I. Первый тип задач
Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.
Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).
| 1. Записываем краткое условие задачи |
Дано: m (Mg) = 1,2 г m практическая(MgSO4) = 5,5 г _____________________ Найти: |
|
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
 |
| 3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ |
M(Mg) = 24 г/моль M(MgSO4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль |
|
4. Находим количество вещества реагента по формулам
|
ν(Mg) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль |
| 5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции |
m = ν · M mтеор (MgSO4) = M(MgSO4) · νтеор (MgSO4) = = 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г |
|
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле
|
Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим |
-?
II. Второй тип задач
Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.
Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.
|
1. Записываем краткое условие задачи |
Дано: m(CaO) = 16,8 г
___________________ Найти: m практ (CaC2) = ? |
|
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
 |
|
3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ |
M(CaO) = 40 + 16 = 56 г/моль M(CaC2) = 40 + 2 · 12 = 64г/моль |
|
4. Находим количество вещества реагента по формулам
|
ν(CaO)=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль |
|
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции |
 |
|
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле
|
m практич (CaC2) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г Ответ: m практич (CaC2) = 15,36 г |
III. Третий тип задач
Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.
Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.
| 1. Записываем краткое условие задачи |
Дано: н. у. Vm = 22,4 л/моль Vпрактич(CO2) = 28,56 л = 85% или 0,85 ____________________ Найти: m(Na2CO3) =? |
| 2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо | M (Na2CO3) =2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль |
|
3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы: |
Vтеоретич(CO2) = = 28,56 л / 0,85 = 33,6 л ν(CO2) = 33,6 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,5 моль |
|
4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
 |
| 5. Находим количество вещества реагента по УХР |
По УХР:
ν(Na2CO3) = ν(CO2) = 1,5 моль |
|
6. Определяем массу (объём) реагента по формуле: m = ν · M V = ν · Vm |
m = ν · M m(Na2CO3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г |
, следовательноIV. Решите задачи
Задача №1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).
Задача №2. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.
Задача №3. Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.
Задача №4. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.
Молярная масса
Вы знаете, что одинаковое химическое количество любых веществ содержит одно и то же число структурных единиц. Но у каждого вещества его структурная единица имеет собственную массу. Поэтому и массы одинаковых химических количеств различных веществ тоже будут различны.
Молярная масса — это масса порции вещества химическим количеством 1 моль.
Молярная масса вещества Х обозначается символом M(Х). Она равна отношению массы данной порции вещества m(Х) (в г или кг) к его химическому количеству n(Х) (в моль):
В Международной системе единиц молярная масса выражается в кг/моль. В химии чаще используется дольная единица — г/моль.
Определим молярную массу углерода. Масса углерода химическим количеством 1 моль равна 0,012 кг, или 12 г. Отсюда:
Молярная масса любого вещества, если она выражена в г/моль, численно равна его относительной молекулярной (формульной) массе.
Например:
На рисунке 47 показаны образцы веществ (H2O, CaCO3, Zn), химическое количество которых одно и то же — 1 моль. Как видите, массы разных веществ химическим количеством 1 моль различны.
Молярная масса является важной характеристикой каждого отдельного вещества. Она отражает зависимость между массой и химическим количеством вещества. Зная одну из этих величин, можно определить вторую — массу по химическому количеству:
и, наоборот, химическое количество по массе:
а также число структурных единиц:
Взаимосвязь между этими тремя характеристиками вещества в любом его агрегатном состоянии можно выразить простой схемой:
Формула и алгоритм нахождения объёма
Сегодня мы научимся одному немаловажному умению в химии – находить объём различных растворов и прочих веществ. Это знание необходимо потому, что оно поможет нам в решении многих задач как в тетради, так и в жизни. Нужно лишь знать устоявшуюся формулу.
Важно понимать, что формула нахождения объёма может быть разной в зависимости от того вещества, объём которого нам предстоит найти, а точнее, от агрегатного состояния этого вещества. Для нахождения объёма газа и жидкости используются разные, непохожие друг на друга формулы.
Чёткая и правильная формула для расчёта объёма жидкости выглядит следующим образом: С=n/V.
В этом случае:
- C – молярная масса раствора (моль на литр).
- n – количество вещества (моль).
- V – объём вещества-жидкости (литры).
Из этого следует что V=n/c.
Cуществует и вторая формула для нахождения объёма жидкости при другой задаче и других данных: V=m/p.
Здесь, соответственно:
- V – объём и измеряется он в миллилитрах.
- m – масса, измеряется в граммах.
- p – плотность, измеряется в граммах, делённых на миллилитры.
В случае если, кроме объёма, требуется также найти массу, это можно сделать, зная формулу и количество нужного вещества. При помощи формулы вещества находим его молярную массу путём сложения атомной массы всех элементов, которые входят в его состав.
Для примера возьмём M (AuSo2) и при расчётах у нас должно выйти 197+32+16 * 2 = 261 г/моль. После проведённых расчётов находим массу по формуле m=n*M, где, следовательно:
- m – масса.
- n – количество вещества, которое измеряется в молях (моль).
- M – молярная масса вещества: граммы, делённые на моль.
Количество вещества, как правило, даётся в задаче. Если же нет, то, скорее всего, допущена опечатка или ошибка в условии, и вам стоит обратиться за помощью и объяснениями к учителю, а не пытаться самим вывести несуществующую величину. Основные формулы и алгоритмы решения приведены в данной статье.
Также существует формула для нахождения объёма газа, и выглядит она так – V=n*Vm:
- V – объём газа (литры).
- n – количество вещества (моль).
- Vm – молярный объём газа (литры/моль).
Но есть своего рода исключение. Оно состоит в том, что при нормальных условиях, то есть при определённом давлении и температуре, объём газа является постоянной величиной, равной 22,3 л/моль.
Есть и третий вариант. Если в самом задании будет присутствовать уравнение реакции, тогда ход решения должен проходить иначе. Из уравнения, которое у вас имеется, можно найти количество каждого вещества, оно будет равняться коэффициенту. К примеру, Ch4 + 2O2 = CO2 + H2O. Из этого уравнения следует, что 1 моль метана и 2 моль кислорода при взаимодействии дают 1 моль углерода и 1 моль воды. Даже если учесть тот факт, что в условии имеется количество вещества лишь одного-единственного компонента, не составит труда найти количество всех остальных веществ. Если количество метана составит 0,3 моль, значит, n(Сh4) будет равняться 0,6 моль, n(CO2) = 0,3 моль, n(H2O) = 0.3 моль.
б) Газовые законы объем газа
Кроме вышеуказанной формулы для решения расчетных химических задач, нередко приходится использовать газовые законы, известные из курса физики.
— Закон Бойля-Мариотта
При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционален давлению, под которым он находится:
pV = const
— Закон Гей-Люссака
При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре:
V/T = const
— Объединенный газовый закон Бойля-Мариотта и Гей-Люссака
pV/T = const
Помимо этого, если известна масса или количество газа, его объем можно вычислить, используя уравнение Менделеева-Клапейрона:
pV = nRT;
pV = n/M ×RT,
где n–число молей вещества, m–масса (г), Ь – молярная масса газа (г/моль), R – универсальная газовая постоянная равная 8,31 Дж/(моль×К).
Молярный объем кристаллов
Объем Vя элементарной ячейки кристалла вычисляют с помощью характеристик кристаллической структуры, которые определяют на основании результатов рентгеноструктурного анализа.
Зависимость между объемом ячейки и молярным объемом:
Vm=VяNA/Z
где Z — определяет, сколько формульных единиц в элементарной ячейке.
Молярный объем
В отличие от твердых и жидких веществ все газообразные вещества химическим количеством 1 моль занимают одинаковый объем (при одинаковых условиях). Эта величина называется молярным объемом и обозначается Vm.
Подобно молярной массе, молярный объем газа равен отношению объема данного газообразного вещества V(Х) к его химическому количеству n(Х):
Так как объем газа зависит от температуры и давления, то при проведении различных расчетов берутся обычно объемы газов при нормальных условиях (сокращенно — н. у.). За нормальные условия принимаются температура 0 °С и давление 101,325 кПа.
Установлено, что при нормальных условиях отношение объема любой порции газа к химическому количеству газа есть величина постоянная и равная 22,4 дм3/моль. Другими словами, молярный объем любого газа при нормальных условиях:
Молярный объем — это объем, равный 22,4 дм3, который занимает 1 моль любого газа при нормальных условиях.
Пример 1. Вычислите химическое количество SiO2, масса которого равна 240 г.
Спойлер
[свернуть]
Пример 2. Определите массу серной кислоты H2SO4, химическое количество которой 2,5 моль.
Спойлер
[свернуть]
Пример 3. Сколько молекул CO2 и сколько атомов кислорода содержится в углекислом газе массой 110 г?
Спойлер
[свернуть]
Пример 4. Какой объем занимает кислород химическим количеством 5 моль при нормальных условиях?
Спойлер
[свернуть]
Краткие выводы урока:
- Масса вещества химическим количеством 1 моль называется его молярной массой. Она равна отношению массы данной порции вещества к его химическому количеству.
- Объем газообразных веществ химическим количеством 1 моль при нормальных условиях одинаков и равен 22,4 дм3.
- Величина, равная 22,4 дм3/моль, называется молярным объемом газов.
Надеюсь урок 9 «» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Данный урок был заключительным в главе «».
Теги
Объясните, пожалуйста, разницу! Химия!
Марика Димитриади
Мастер
(1461),
на голосовании
14 лет назад
Что такое практические и теоритические объём и масса!! Чем они отличаются и по какой формуле можно найти! Открыла свою энциклопедию – ничего нет…
Голосование за лучший ответ
Михаил Бармин
Просветленный
(35275)
14 лет назад
Теоретический выход реакции-тот, что получается из пропорции, составленной по уравнению реакции исходя из закона М. В. Ломоносова. (сохранения массы Практический с УЧЕТОМ ПРИМЕСЕЙ. 100 % выхода не бывает, т. к. абсолютно чистых веществ нет!
