Как найти теоретический выход газа

Была ли эта статья полезной?

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.

Как найти теоретический выход химия

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 (%).

Найти: -?

2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

M(MgSO₄) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

= 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г

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

(MgSO₄)=(5,5г ·100%)/6г=91,7%

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

=80% или 0,8

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 (ν_теор) и теоретическую массу (m_теор) 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
3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ	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

3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы:

= 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.

, следовательно

6. Определяем массу (объём) реагента по формуле:

m(Na₂CO₃) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

IV. 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 %.

Источник

Расчет практического выхода продукта реакции в химии

Выход продукта химической реакции

Выход продукта химической реакции — масса продукта, образовавшегося в результате реакции.

• теоретическим — рассчитанным по уравнению реакции;
• фактическим — полученным реально в процессе химической реакции.

Если эти два показателя равны, то считают, что реакция идет с количественным выходом. Такую реакцию называют стехиометрической.

Но большинство реакции на практике не дают количественного выхода по следующим причинам:

• при взаимодействии органических соединений образуются побочные продукты;
• обратимость реакций;
• реагенты имеют примеси;
• потери газообразных веществ, если оборудование недостаточно герметично;
• потери при кристаллизации и др.

Поэтому для определения эффективности реакции было введено понятие:

относительный выход = ф а к т и ч е с к и й = п р а к т и ч е с к и й в ы х о д т е о р е т и ч е с к и й в ы х о д × 100 % .

Для реакции с количественным выходом относительный выход равен 100%.

Выход продукта реакции определяется двумя параметрами: селективностью и степенью превращения.

Понятие селективности и материального баланса

Селективность — критерий, с помощью которого в химии определяют отношение массы определенного (целевого) продукта к общей массе полученных продуктов.

Степень превращения (конверсии) показывает отношение количества исходного реагента (обычно более дорогостоящего) к количеству полученного целевого продукта.

Например, этот критерий позволяет оценить, какое количество метана C H 4 превратилось в угарный газ CO при конверсии водяным паром. Может быть выражена не только через количество вещества, но и через любые пропорциональные ему величины: массу, объем.

Для обеспечения максимального выхода целевого продукта недостаточно только высокой степени конверсии (значительное количество вещества может вступить в реакцию, но не участвовать в образовании целевого продукта) или хорошей селективности, выход продукта определяется совокупностью этих факторов.

Например, N0 моль исходного вещества А вступило в реакцию, из них прореагировало Nx моль со следующим распределением:

• на образование продукта B было израсходовано NB моль;
• на образование побочных продуктов C и D было израсходовано NC и ND моль вещества A.

Тогда селективность S реакции по целевому продукту B составит:

Степень превращения реагента A для данного примера будет равна соотношению между числом моль прореагировавшего вещества A к общему числу моль, которые были затрачены на реакцию:

Выход продукта ηB в этом примере будет равен соотношению между числом моль реагента A, пошедшего на образование целевого продукта, к числу моль, которые были затрачены на реакцию:

Таким образом, между выходом продукта B, селективностью процесса относительно образования B и степенью превращения исходного реагента A существует взаимосвязь:

Селективность подразделяют на:

• полную (интегральную) — соотношение между количеством полученного целевого продукта и всех продуктов процесса;
• мгновенную (дифференциальную) — соотношение между скоростью целевой реакции и скоростью расходования исходного реагента.

Селективность важна для катализаторов, чтобы избирательно увеличивать скорость целевой реакции при наличии нескольких побочных. Высокой селективностью отличаются ферменты (95 — 100%), для гетерогенных катализаторов этот показатель достигает 70%. Гомогенные занимают промежуточное значение.

Выход, степень превращения и селективность — величины безразмерные, учитываются при составлении материального баланса процесса.

Материальный баланс (баланс масс) выводится на основании закона сохранения массы вещества.

Для химических процессов можно сформулировать его так: суммарная масса исходных веществ в начале реакции должна быть равна суммарной массе всех полученных продуктов (целевых и побочных), включая неиспользованные реагенты и растворители, в конце реакции.

Материальный баланс составляется с расчетом расхода реагентов и полученных продуктов на единицу основного продукта. Поскольку на производство вещества поступают в виде смесей, при составлении материального баланса учитывается масса всех компонентов отдельно для твердой, жидкой и газовой фаз. Для процессов, которые идут в несколько стадий, баланс составляется для каждой стадии отдельно.

Материальный баланс, как и выход продукта, может быть:

• теоретическим — определяют по результатам расчетов химиков-технологов на основании экспериментальных выработок;
• фактическим — получают в ходе производственного процесса. Всегда меньше теоретического из-за потерь.

Как увеличить выход продукта реакции, способы расчета, формулы

Фактический выход конкретного химического процесса можно увеличивать при регулировании следующих факторов:

• температура;
• давление;
• скорость перемешивания;
• присутствие катализатора;
• чистота исходных материалов;
• эффективность процесса извлечения продуктов;
• использование одного или нескольких реагентов в избытке и др.

Для каждой химической реакции, лежащей в основе промышленного производства, необходимо эффективно использовать ресурсы, максимально повысить выход целевого продукта, но при этом он должен быть надлежащего качества и в достаточном количестве. Для это обязательно рассчитывают выход продукта.

Расчет выхода продукта

• массовая доля выхода продукта ω (омега) = m п р m т е о р × 100 % ;
• объемная доля выхода продукта ω (омега) = V г а з п р V г а з т е о р × 100 % .

Например, если процент выхода равен ω=80%, это означает, что количество полученного продукта составляет 80% от теоретически возможного.

Выход продукта реакции можно выразить также через коэффициент, обозначается буквой η (эта):

Выход продукта η = ν п р ν т е о р = m п р m т е о р = V г а з п р V г а з т е о р .

Как рассчитать теоретический выход продукта реакции, примеры задач

Алгоритм расчета теоретического выхода ηтеор приведен на примере решения следующей задачи:

При взаимодействии 9,84 г оксида железа (III) и 12 г монооксида углерода СО образовались железо и углекислый газ. Рассчитайте теоретический выход (в молях и граммах) железа.

1. Записать уравнение химической реакции:

• F e 2 O 3 + C O → F e + C O 2 ↑ ;
• реагенты (исходные вещества) → продукты реакции.

2. Расставить коэффициенты так, чтобы в обеих частях уравнения количество атомов каждого элемента было одинаковым:

• F e 2 O 3 + 3 C O → 2 F e + 3 C O 2 ↑ ;
• 2 атома Fe, 3 атома C, 6 атомов O = 2 атома Fe, 3 атома C, 6 атомов O.

3. Вычислить молярные массы реагентов и целевого продукта (для взятого примера — Fe). Из таблицы Менделеева или справочника узнать атомные массы Ar всех составляющих элементов и посчитать молярные массы М 1 моля каждого исходного вещества и целевого продукта:

• M ( F e 2 O 3 ) = A r ( F e ) × 2 + A r ( O ) × 3 = 56 × 2 + 16 × 3 = 160 г / м о л ь ,
• M ( C O ) = A r ( C ) + A r ( O ) = 12 + 16 = 28 г / м о л ь ,
• M ( F e ) = A r ( F e ) = 56 г / м о л ь .

4. Найти количество вещества ν каждого реагента:

• ν ( F e 2 O 3 ) = m F e 2 O 3 M F e 2 O 3 = 9 , 84 г 160 г / м о л ь = 0 , 0615 м о л ь ;
• ν ( C O ) = m C O M C O = 12 г 28 г / м о л ь = 0 , 43 м о л ь .

Примечание

Если в условии задачи указана масса только одного реагента, то он считается ключевым, и все дальнейшие расчеты выполняются по нему; ν второго исходного вещества вычислять не нужно (пункт 5 пропускается).

5. Для определения ключевого компонента — реагента, который расходуется быстрее остальных, следует определить продолжительность реакции и теоретический выход:

• составляется соотношение числа молей одного реагента к числу молей другого:

ν ( C O ) ν ( F e 2 O 3 ) = 0 , 43 м о л ь 0 , 0615 м о л ь = 7 .

Это говорит о том, что количество используемого для реакции CO в 7 раз больше, чем количество F e 2 O 3 ;

• сравниваются стехиометрические коэффициенты при реагентах, которые показывают, сколько молекул каждого вещества требуется для проведения реакции:

F e 2 O 3 + 3 C O → 2 F e + 3 C O 2 ↑ .

На одну молекулу F e 2 O 3 должно приходится 3 молекулы CO.

Можно сделать заключение, что CO взят в избытке и расчет следует вести по F e 2 O 3 , который является ключевым компонентом.

6. Fe 2 O 3 160 г / м о л ь 9 . 84 г + 3 CO 28 г / м о л ь 12 г → 2 Fe 56 г / м о л ь m т е о р г + 3 C O 2 ↑ .

По закону кратных соотношений, чтобы найти теоретическое количество целевого продукта νтеор, нужно количество расчетного компонента поделить на коэффициент при нем и умножить на коэффициент при целевом продукте:

νтеор= 0,0615 моль :1 × 2= 0,123 моль — это и есть теоретический выход продукта.

7. Масса продукта (Fe), соответствующая данному количеству вещества, будет равна:

m т е о р = ν т е о р × M п р о д у к т а = 0 , 0615 м о л ь × 56 г / м о л ь = 6 , 888 г .

Если в задаче требуется рассчитать теоретический выход одного или нескольких побочных продуктов, то для каждого из них вычисляется молярная масса (пункт 3), а затем последовательность действий повторяется с 6 пункта.

На практике также важен расчет фактического выхода продукта ηпракт или массовой доли выхода продукта ω в %.

1. Записываем краткое условие задачи
2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо	M (Na2CO3) =2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль
5. Находим количество вещества реагента по УХР

Известно: масса реагента (одного или нескольких) и масса продукта.

Нужно найти: практический выход ηпракт или массовую (объемную) долю ω в % одного или нескольких продуктов реакции.

Пример. При взаимодействии 6,9 г натрия с 100 г воды получили 3 л водорода (н.у.). Вычислите объёмную долю выхода газа (в %).

1. Записать уравнение реакции: N a + H 2 O → N a O Н + H 2 ↑.

2. Расставить коэффициенты: 2 N a + 2 H 2 O → 2 N a O Н + H 2 ↑ .

3. Вычислить молярные массы реагентов и целевого продукта:

• M ( N a ) = 23 г / м о л ь ;
• M ( Н 2 O ) = M ( H ) × 2 + M ( O ) = 1 × 2 + 16 = 18 г / м о л ь .

Так как нужно узнать объемную долю выхода продукта, то вместо M ( H 2 ) берется значение молярного объема V m ( H 2 ) = 22 , 4 л / м о л ь (по закону Авогадро, 1 моль любого газа (н.у) занимает объем 22,4 л).

4. Вычислить количество вещества для реагентов:

• ν ( N a ) = m ( N a ) M ( N a ) = 6 , 9 г 23 г / м о л ь = 0 , 3 м о л ь ;
• ν ( H 2 O ) = m ( H 2 O ) M ( H 2 O ) = 100 г 18 г / м о л ь = 5 , 6 м о л ь ;

5. Определить ключевой компонент:

• соотношение ν ( H 2 O ) ν ( N a ) = 5 , 6 м о л ь 0 , 3 м о л ь = 18 , 7 ;
• стехиометрические коэффициенты у обоих реагентов = 2, следовательно, воды взято в избытке, расчет будет по натрию.

6. Чтобы найти теоретическое количество целевого продукта νтеор, нужно количество ключевого компонента поделить на коэффициент при нем и умножить на коэффициент при целевом продукте:

ν т е о р ( Н 2 ) = 0 , 3 : 2 × 1 = 0 , 15 м о л ь .

7. Теоретический объем V т е о р ( Н 2 ) = ν т е о р ( Н ) × V m ( H 2 ) = 0 , 15 м о л ь × 22 , 4 л / м о л ь = 3 , 36 л .

8. Объемная доля выхода продукта: ω = V п р V т е о р × 100 % = 3 л 3 , 36 л × 100 % = 89 , 3 %

Известно: Масса реагента и практический выход продукта.

Нужно найти: Массу продукта реакции.

Пример. Какой объем аммиака в литрах (н.у.) можно получить при взаимодействии 13,4 моль водорода с азотом, если практический выход η ( N H 3 ) = 0 , 43 ?

1 + 2 . N 2 + 3 H 2 → 2 N H 3 .

Пункты 3 и 4 не нужны, так как в условии уже указано количество вещества реагента:

• ν ( H 2 ) = 13 , 4 м о л ь ;
• V m ( Н 2 ) = 22 , 4 л / м о л ь ;
• V m ( N Н 3 ) = 22 , 4 л / м о л ь .

Поскольку дано количество вещества только одного реагента, то расчет ведется по нему. Пункт 5 пропускаем.

6. Чтобы найти теоретическое количество целевого продукта νтеор, нужно количество ключевого компонента поделить на коэффициент при нем и умножить на коэффициент при целевом продукте:

ν т е о р ( N Н 3 ) = 13 , 4 : 3 × 2 = 8 , 9 м о л ь .

7. η = ν п р ν т е о р , тогда фактическое количество вещества νпракт= η×νтеор= 0,43×8,9 моль = 3,83 моль.

8. Фактический объем Vпракт= νпракт × Vm= 3,83 моль × 22,4 л/моль= 85,8 л.

Известно: Масса продукта и его практический выход.

Нужно найти: массу реагента.

Пример. Сколько граммов водорода требуется для реакции с углеродом при получении бензола, C6H6, если теоретический выход 105,3 г, а массовая доля выхода равна 95,8%?

1 + 2 . 6 C + 3 H 2 → C 6 H 6 .

3. Вычислить молярные массы реагентов и целевого продукта:

• M ( Н 2 ) = A r × 2 = 1 , 008 × 2 = 2 , 016 г / м о л ь ;
• M m ( C 6 H 6 ) = A r ( C ) × 6 + A r ( H ) × 6 = 12 × 6 + 1 , 008 × 6 = 78 , 05 г / м о л ь .

4. Вычислить mпракт. Так как ω = m п р m т е о р × 100 % , т о m п р а к т = m т е о р × ω / 100 .

m п р а к т ( C 6 H 6 ) = 105 , 3 г × 95 , 8 / 100 = 100 , 9 г .

5. Вычислить количество вещества продукта реакции: ν ( C 6 H 6 ) = m ( C 6 H 6 ) M ( C 6 H 6 ) = 100 , 9 г 78 , 05 г / м о л ь = 1 , 3 м о л ь .

6. Чтобы найти количество реагента, нужно количество продукта реакции разделить на коэффициент при нем и умножить на коэффициент при реагенте:

ν ( H 2 ) = 1 , 3 : 1 × 3 = 3 , 9 м о л ь — количество водорода, необходимое для реакции.

7. Масса водорода m ( H 2 ) = ν ( H 2 ) × M ( Н 2 ) = 3 , 9 м о л ь × 2 , 016 г / м о л ь = 7 , 8 г .

Источник

Adblock
detector

Тип задачи	Решение (см. Алгоритм)

Здравствуйте! Друзья!

Сегодня
мы познакомимся и научимся решать ещё один тип расчетных задач, связанных с
вычислениями по уравнению химической реакции. Это расчетные задачи типа
«Определение выхода про­дукта реакции в процентах от теоретического».

На
уроке нам понадобятся:

1.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева.

2.
Калькулятор.

3.
И, как всегда, огромное желание научиться чему-то новому!

Желаю вам успехов!

Задачи
на вычисление выхода продукта реакции от теоретически возможного

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.

Массовая доля выхода продукта обозначается
буквой  h (эта), измеряется в процентах или долях,
объёмная доля выхода продукта может обозначаться в различных источниках  h (эта)

Также для расчётов может использоваться
отношения количеств веществ:

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 mпрактическая (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	(MgSO4) = (5,5г · 100%)/6г=91,7% Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим выходом.

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 =80% или 0,8 ____________________ Найти: mпракт (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 = 64 г/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	mпрактич (CaC2) = 0,8  · 19,2 г = 15,36 г Ответ: mпрактич (CaC2) = 15,36 г

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 φ = 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) = Vпрактич(CO2) / 0,85 = = 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: , следовательно ν(Na2CO3) = ν(CO2) = 1,5 моль
5. 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