Công thức tính hiệu suất phản ứng

Câu hỏi: Công thức tính hiệu suất phản ứng

Lời giải:

Cho phản ứng hóa học: A + B → C

Hiệu suất phản ứng:

      - Theo đó, công thức tính hiệu suất phản ứng được tính như sau: %hiệu suất = (lượng thực tế/ lượng lý thuyết) x 100. Hiệu suất phản ứng 90%, là phản ứng mang lại năng suất 90%, 10% là năng lượng bị bỏ phí và không phản ứng, không thể thu lại hết.

Hoặc cũng có thể tính theo khối lượng:

      H = khối lượng thu được thực tế x 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

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:

 Công thức tính khối lượng sản phẩm khi có hiệu suất

      - Vì hiệu suất phản ứng hóa học nhỏ hơn 100% nên khối lượng sản phẩm thực tế thu được sau phản ứng phải nhỏ hơn nhiều sự hao hụt. Sau khi tính toán được khối lượng sản phẩm theo phương trình phản ứng, ta sẽ xác định được khối lượng sản phẩm khi có hiệu suất theo công thức sau:

Bài tập minh họa

Ví dụ 1: Nung 0,1 mol Canxi cacbonat thu được 0,08 mol Canxi oxit. Tính hiệu suất phản ứng hóa học xảy ra.

Giải: 

CaCO₃ → CaO + CO₂

      Theo phương trình phản ứng nCaCO₃ = nCaO = 0,08 mol.

Áp dụng công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học theo số mol, ta có:

H = (0,08/0,1) x 100 = 80%

Ví dụ 2: Tính khối lượng Natri và thể tích khí Clo cần dùng để điều chế 4,68 gam muối Natri Clorua. Cho hiệu suất phản ứng là 80%

Giải:

nNaCl = mNaCl/ MNaCl = 4,68/58,5 = 0,08 (mol)

      Phương trình hóa học: 2Na + Cl₂ → 2NaCl (1)

      Theo phương trình hóa học (1) và hiệu suất phản ứng là 80%, ta có: 

nNa = 0,08 x 100/80 = 0,1 (mol) => Khối lượng Natri cần dùng là mNa = 0,1 x 23 = 2,3 (g)

nCl2 = (0,08 x 100)/2 x 80 = 0,05 (mol) => Thể tích khí Clo cần dùng là VCl2 = 0,05 x 22,4 = 1,12 (l)

Ví dụ 3: Cho 19,5 gam kẽm phản ứng với 7 lít khí clo, thu được 36,72 gam muối clorua ZnCl₂. Tính hiệu suất của phản ứng.

Giải

      Ta có: nZn = 19,5/65 = 0,3 (mol)

      nCl₂ = 7/22,4 = 0,3125 (mol)

      nZnCl₂ = 0,27 (mol)

      Phương trình phản ứng: Zn + Cl₂ → ZnCl₂

      Theo phương trình trên ta thấy, nCl₂ > nZn => Zn là chất thiếu, nên hiệu suất sẽ tính theo số mol chất thiếu.

      => nZn phản ứng = nZnCl2 = 0,27 (mol)

      Hiệu suất phản ứng:

H = (số mol Zn phản ứng x 100) /số mol Zn ban đầu = 0,27 x 100/0,3 = 90%

Ví dụ 4: Nung 4,9 g Kali clorat KClO3 có xúc tác thu được 2,5 g Kali clorua KCl và khí oxi. Tính hiệu suất của phản ứng.

Giải:

      - Vì không biết phản ứng có xảy ra hết hay không nên ta sẽ tính các thông số dựa theo sản phẩm thu được.

nKCl = 2,5/74,5 = 0,034 mol

Phương trình phản ứng:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ 

      Từ phương trình, ta có nKClO₃ phản ứng = nKCl = 0,034 mol

=> Khối lượng Kali clorat thực tế phản ứng: mKClO₃ = 0,034.1225 = 4,165 (g)

      Vậy hiệu suất phản ứng được xác định là:

H = 4,165/4,9 x 100% = 85% 

Ví dụ 5: Tính khối lượng natri và thể tích khí clo (đktc) để điều chế 8,775 g muối natri clorua (NaCl), cho hiệu suất phản ứng là 75%.

Giải

nNaCl = 8,775/ 58,5 = 0,15 mol 

2Na + Cl₂ → 2NaCl 

      Theo phương trình phản ứng, ta có nNa = nNaCl => m Na lý thuyết = 0,15.23 = 3,45 (g)

nCl₂ = ½ nNaCl => V Cl₂ lý thuyết = 0,075.22,4 = 1,68 (l)

      Vì hiệu suất phản ứng là 75% nên ta có:

      Khối lượng natri thực tế: m Na thực tế = 3,45 x 100/ 75 = 4,6 (g)

      Thể tích khí Clo thức tế: V Cl₂ thực tế = 1,68 x 100/75 = 2,24 (l)