Как определить выход продукта реакции. Как решать задачи по химии, готовые решения
Алгоритм VII. Определение массовой или объемной доли выхода продукта реакции (в%) от теоретически возможного
Задача VII.1.
| Последовательность действий | При термическом разложении метана массой 32 г на углерод и водород образовался водород объемом 7,5л (н.у.). Вычислите объемную долю (%) выхода водорода от теоретически возможного |
| Дано: m(CH4) = 32 г V пр (Н2)= 7,5 л Найти: φ (H2)- ? |
|
| C Н 4 = C + 2 H 2 |
|
| C Н 4 = C + 2 H 2 1 моль 2 моль 22,4 л/моль |
|
| Mr (CH4) =16 г/моль |
|
| По уравнению реакции 1 моль CH4 - 2 моль H2 По условию 2 моль CH4 - 4 моль H2 |
|
| Определить объем теоретический водорода | Vтеор(H2)=Vm*n(H2) Vтеор(H2)= 22?4 л/моль*2 моль=44,8 л |
| Найти объемную долю (%) выхода водорода от теоретически возможного | φ (H2)=Vпр(H2)/Vтеор*100% φ (H2)=7,5 л/44,8 л*100%=16,7% |
| Сформулировать ответ | Объемная доля (%) выхода водорода от теоретически возможного при термическом разложении метана массой 32 г на углерод и водород с образованием водорода объемом 7,5л (н.у.) составляет 16,7 % |
Задача VII.2.
| Последовательность действий | В результате прямой гидратации 112 м3 (н.у.) этилена получили 172,5 кг этилового спирта. Вычислить выход спирта (%) от теоретически возможного |
| Кратко записать условие задачи | Дано: V(C2H4)=112 м3 m(C2H5OH)=172,5 кг Найти: φ (C2H5OH)- ? |
| Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении | C 2 Н 4 +H2O = C 2 H 5 OH |
| Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением | 112 м3 172,5 г, X% C 2 Н 4 +H2O = C 2 H 5 OH 1 моль 1 моль |
| Найти относительные молекулярные массы, молярные массы веществ, используемых при решении задачи | Mr (C2H5OH)=46 г/моль=0,046 кг/моль |
| Найти количества веществ, вступающих в реакцию | По уравнению реакции 1 моль CH4 - 1 моль H2 По условию nтеор (C2H5OH)= n теор (C2H4) |
| n теор (C2H4)=V/Vm n теор (C2H4)=112*10л/22,4 л/моль=5000 моль nтеор (C2H5OH)=5000 моль |
|
| Найти объемную долю (%) выхода спирта от теоретически возможного | φ (C2H5OH)=172,5кг/5000 моль*0,046 кг/моль * 100%=75% |
| Сформулировать ответ | Выход спирта (%) от теоретически возможного в результате прямой гидратации 112 м3 (н.у.) этилена, в результате которой получили 172,5 кг этилового спирта составит 75% |
Задача VII.3.
| Последовательность действий | Какой объем (н.у.) этилена можно получить при каталитической дегидрировании 1,5 т этана, если выход продукта реакции составляет 90 % от теоретически возможного? |
| Кратко записать условие задачи | Дано: φ (C2H4)=90% m(C2H6)=1500 кг Найти: V (C2H4) -? |
| Записать уравнение реакции, подчеркнуть формулы тех веществ, которые используются в решении | C 2 Н 6 = C 2 H 4 + H2 |
| Записать данные задачи и искомые над формулами, под формулами – количественные характеристики, необходимые для расчетов в соответствии с уравнением | C 2 Н 6 = C 2 H 4 + H2 1 моль 1 моль |
| Найти относительные молекулярные массы, молярные массы веществ, используемых при решении задачи | Mr (C2H6)=30 г/моль=0,03 кг/моль |
| Найти количества веществ, вступающих в реакцию | По уравнению реакции 1 моль CH4 - 1 моль C2H6 По условию nтеор (CH4)= n теор (C2H6) |
| Определить количество вещества этилена и этилового спирта | n теор (C2H6)=m/M n теор (C2H6)=1500кг/0,03 кг/моль=50000 моль nтеор (C2H4)=50000 моль |
| Найти V пр этилена | Vпр (C2H4)= n (C2H4)* V теор *φ/100% Vпр (C2H4)=50000*22,4*90/100=1008000л |
| Сформулировать ответ | При каталитической дегидрировании 1,5 т этана, если выход продукта реакции составляет 90 % от теоретически возможного, можно получить 1008000 л этилена |
Задачи для самостоятельного решения.
Задача VII.4. Какую массу пропилового спирта потребуется окислить для получения 13,92 г пропионового альдегида, если выход последнего составляет 80% от теоретически возможного?
Задача VII.5. Газ, образующийся при нагревании 29,95 мл предельного одноатомного спирта с концентрированной серной кислотой, присоединяет 8,96 л водорода в присутствии катализатора. Определите молекулярную формулу исходного спирта, если выход углерода составляет 90 % от теоретического
Задача VII.6. Один из методов получения уксусной кислоты заключается в каталитическом окислении бутана. Какую массу раствора уксусной кислоты концентрацией 90% можно получить окислением 100 л бутана, если выход целевого продукта 65%?
Задача VII.7. При гидрировании этилена объемом 20 л (н.у.) получили 18 л этана. Рассчитайте объемную долю выхода этана
Задача VII.8. При пропускании 7 л этилена с водородом над нагретым катализатором получили 6 л этана. Вычислите объемную долю (%) выхода этана от теоретического. Объемы газов измерены при н.у.
Задача VII.9. Вычислите массовую долю в % выхода бензола от теоретически возможного, если известно, что из 11,2 л ацетилена (н.у.) было получено 10 г бензола
Задача VII.10. В лаборатории из 156 г бензола при реакции нитрования было получено 220 г нитробензола. Каков выход нитробензола (%) от теоретически возможного?
Окружающее нас пространство наполнено разными физическими телами, которые состоят из разных веществ с различной массой. Школьные курсы химии и физики, ознакомляющие с понятием и методом нахождения массы вещества, прослушали и благополучно забыли все, кто учился в школе. Но между тем теоретические знания, приобретенные когда-то, могут понадобиться в самый неожиданный момент.
Вычисление массы вещества с помощью удельной плотности вещества. Пример – имеется бочка на 200 литров. Нужно заполнить бочку любой жидкостью, скажем, светлым пивом. Как найти массу наполненной бочки? Используя формулу плотности вещества p=m/V, где p – удельная плотность вещества, m – масса, V – занимаемый объем, найти массу полной бочки очень просто:- Меры объемов – кубические сантиметры, метры. То есть бочка на 200 литров имеет объем 2 м³.
- Мера удельной плотности находится с помощью таблиц и является постоянной величиной для каждого вещества. Измеряется плотность в кг/м³, г/см³, т/м³. Плотность пива светлого и других алкогольных напитков можно посмотреть на сайте . Она составляет 1025,0 кг/м³.
- Из формулы плотности p=m/V => m=p*V: m = 1025,0 кг/м³* 2 м³=2050 кг.
Бочка объемом 200 литров, полностью наполненная светлым пивом, будет иметь массу 2050 кг.
Нахождение массы вещества с помощью молярной массы. M (x)=m (x)/v (x) – это отношение массы вещества к его количеству, где M (x) – это молярная масса X, m (x) – масса X, v (x) – количество вещества X. Если в условии задачи прописывается только 1 известный параметр – молярная масса заданного вещества, то нахождение массы этого вещества не составит труда. Например, необходимо найти массу йодида натрия NaI количеством вещества 0,6 моль.- Молярная масса исчисляется в единой системе измерений СИ и измеряется в кг/моль, г/моль. Молярная масса йодида натрия – это сумма молярных масс каждого элемента: M (NaI)=M (Na)+M (I). Значение молярной массы каждого элемента можно вычислить по таблице, а можно с помощью онлайн-калькулятора на сайте : M (NaI)=M (Na)+M (I)=23+127=150 (г/моль).
- Из общей формулы M (NaI)=m (NaI)/v (NaI) => m (NaI)=v (NaI)*M (NaI)= 0,6 моль*150 г/моль=90 грамм.
Масса йодида натрия (NaI) с массовой долей вещества 0,6 моль составляет 90 грамм.
- Разбавление раствора водой. Масса вещества растворенного X не изменяется m (X)=m’(X). Масса раствора увеличивается на массу добавленной воды m’ (р)=m (р)+m (H 2 O).
- Выпаривание воды из раствора. Масса растворенного вещества X не изменяется m (X)=m’ (X). Масса раствора уменьшается на массу выпаренной воды m’ (р)=m (р)-m (H 2 O).
- Сливание двух растворов. Массы растворов, а также массы растворенного вещества X при смешивании складываются: m’’ (X)=m (X)+m’ (X). m’’ (р)=m (р)+m’ (р).
- Выпадение кристаллов. Массы растворенного вещества X и раствора уменьшаются на массу выпавших кристаллов: m’ (X)=m (X)-m (осадка), m’ (р)=m (р)-m (осадка).
Варианты нахождение массы вещества – небесполезный курс школьного обучения, а вполне применяемые на практике способы. Каждый сможет без труда найти массу необходимого вещества, применяя вышеперечисленные формулы и пользуясь предлагаемыми таблицами. Для облегчения задания прописывайте все реакции, их коэффициенты.
Атомы и молекулы – мельчайшие частицы вещества, поэтому в качестве единицы измерения можно выбрать массу одного из атомов и выражать массы других атомов в соотношении с выбранной. Так что же такое молярная масса, и какова ее размерность?
Что такое молярная масса?
Основоположником теории атомных масс был ученый Дальтон, который составил таблицу атомных масс и принял массу атома водорода за единицу.
Молярная масса – это масса одного моля вещества. Моль, в свою очередь, – количество вещества, в котором содержится определенное количество мельчайших частиц, которые участвуют в химических процессах. Количество молекул, содержащихся в одном моле, называют числом Авогадро. Эта величина является постоянной и не изменяется.
Рис. 1. Формула числа Авогадро.
Таким образом, молярная масса вещества – это масса одного моля, в котором находится 6,02*10^23 элементарных частиц.
Число Авогадро получило свое название в честь итальянского ученого Амедео Авагадро, который доказал, что число молекул в одинаковых объемах газов всегда одинаково
Молярная масса в Международной системе СИ измеряется в кг/моль, хотя обычно эту величину выражают в грамм/моль. Эта величина обозначается английской буквой M, а формула молярной массы выглядит следующим образом:
где m – масса вещества, а v – количество вещества.
Рис. 2. Расчет молярной массы.
Как найти молярную массу вещества?
Вычислить молярную массу того или иного вещества поможет таблица Д. И. Менделеева. Возьмем любое вещество, например, серную кислоту.Ее формула выглядит следующим образом: H 2 SO 4 . Теперь обратимся к таблице и посмотрим, какова атомная масса каждого из входящих в состав кислоты элементов. Серная кислота состоит из трех элементов – водород, сера, кислород. Атомная масса этих элементов соответственно – 1, 32, 16.
Получается, что суммарная молекулярная масса равна 98 атомных единиц массы (1*2+32+16*4). Таким образом, мы выясняли, что один моль серной кислоты весит 98 грамм.
Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе, если структурными единицами вещества являются молекулы. Молярная масса вещества также может быть равна относительной атомной массе, если структурными единицами вещества являются атомы.
Вплоть до 1961 года за атомную единицу массы принимали атом кислорода, но не целый атом а его 1/16 часть. При этом химическая и физическая единицы массы не были одинаковыми. Химическая была на 0,03% больше, чем физическая.
В настоящее время в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной е.а.м. выбрана 1/12 часть массы атома углерода.
Рис. 3. Формула единицы атомной массы углерода.
Молярная масса любого газа или пара измеряется очень легко. Достаточно использовать контроль. Один и тот же объем газообразного вещества равен по количеству вещества другому при одинаковой температуре. Известным способом измерения объема пара является определение количество вытесненного воздуха. Такой процесс осуществляется с использованием бокового отвода, ведущего к измерительному устройству.
Понятие молярной массы является очень важным для химии. Ее расчет необходим для создания полимерных комплексов и множества других реакций. В фармацевтике с помощью молярной массы определяют концентрацию данного вещества в субстанции. Также молярная масса важна при провидении биохимических исследований (обменный процесс в элементе).
В наше время благодаря развитию науки известны молекулярные массы практически всех составляющих крови, в том числе и гемоглобина.
Начните вводить часть условия (например, могут ли , чему равен или найти ):
Тема III. Подгруппа азота. Работа 4. Расчеты по определению массовой или объемной доли выхода продукта реакции от теоретически возможного и обратные задачи
- 1. На гидроксид натрия, взятый в необходимом количестве, подействовали раствором, содержащим 252 г азотной кислоты. Вычислите массу полученной соли, если массовая доля выхода составляет 90%. (Ответ: 306 г.)
- 2. Вычислите объем аммиака (н. у.), который можно получить при нагревании 20 г хлорида аммония с избытком гидроксида кальция, если объемная доля выхода аммиака составляет 98%. {Ответ: 8,2 л.)
- 3. Из 28 г оксида кальция получили 76 г нитрата кальция. Вычислите массовую долю выхода соли. (Ответ: 92,7%.)
- 5. При нагревании нитрита аммония NH4NO2 образуются азот и вода. Вычислите объем азота (н. у.), который можно получить при разложении 128 г нитрита аммония, если объемная доля выхода азота составляет 90%. (Ответ: 40,3 л.)
- 7. При разложении хлорида аммония массой 107 г получен аммиак объемом 38 л (н. у.). Вычислите объемную долю выхода аммиака. (Ответ: 84,8%.)
- 8. Вычислите массу фосфора, необходимого для получения 200 кг фосфорной кислоты, если массовая доля выхода кислоты составляет 90%. (Ответ: 70,3 кг.)
- 9. Какой объем аммиака (н. у.) можно получить, нагревая смесь 33 г сульфата аммония с избытком гидроксида кальция, если объемная доля выхода аммиака составляет 85%? (Ответ: 9,5 л.)
Вычисление массовой или объемной доли выхода продукта
(в процентах) от теоретически возможного
Массовая (мольная, объемная) доля выхода продукта () – это
отношение массы, количества вещества или объема практически
полученного вещества к теоретически возможным:
практ.)
m
m
(теор.)
%100
практ.)
%100
(теор.)
V
V
практ.)
100
(теор.)
%,
=
m (ν, V) (практ.) показывает массу (количество вещества, объем), реально
где
полученные;
m (ν, V) (теор.) показывает массу (количество вещества, объем), которые
могли бы получить, если бы не было потерь.
Задачи на выход продукта реакции от теоретически возможного можно
разделить на три вида.
1. Известны масса (объем) исходного вещества и масса (объем)
продукта реакции. Определить массовую (объемную) долю выхода
продукта реакции.
П р и м е р. В лаборатории восстановлением нитробензола массой 61,5 г
получили анилин массой 44 г. Определите массовую долю (в %) выхода
анилина.
х моль
Решение.
0,5 моль
C6H5NO2 + 6[H] = C6H5NH2 + 2H2O
1 моль
1. Рассчитываем ν (C6H5NO2):
1 моль
= 0,5 (моль)
5,61
ν (C6H5NO2) = 123
2. По уравнению реакции определяем теоретическое ν (C6H5NН2):
ν (C6H5NO2) = ν (C6H5NН2) = 0,5 моль
3. Определяем теоретическую массу анилина:
m (C6H5NН2)теор. = ν (C6H5NН2) ∙ М (C6H5NН2) =
= 0,5 ∙ 93 = 46,5 (г).
4. Определяем массовую долю выхода анилина:
практ.)
m
m
(теор.)
44
5,46
=
= 0,946, или 94,6 %.
2. Известны масса (объем) исходного вещества и доля (в %) выхода
продукта реакции. Определить практическую массу (объем) продукта
реакции.
П р и м е р. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при
действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если массовая доля выхода
составляет 80 % (или 0,8).
Решение.
0,3 моль
CaO + 3C
1 моль
х моль
t
CaC2 + CO
1 моль
)CaO(m
)CaO(M
8,16
56
= 0,3 (моль).
1. ν (CaO) =
2. По уравнению реакции определяем теоретическое ν (CaС2):
ν (CaO) практ. = ν (CaС2) теор. ν (CaС2) теор. = 0,3 (моль).
3. Вычисляем практически полученное ν (CaС2):
ν (CaС2) практ. = ν (CaС2) теор. ∙ = 0,3 ∙ 0,8 = 0,24 (моль).
4. Вычисляем практически полученную массу карбида кальция:
m (CaС2) практ. = ν (CaС2) практ. ∙ M = 0,24 ∙ 64 = 15,36 (г).
3. Известны масса (объем) практически полученного вещества и доля
выхода этого продукта реакции. Вычислить массу (объем) исходного
вещества.
П р и м е р. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для
получения оксида углерода (IV) объемом 28,56 л (н. у.) при массовой доле
выхода 85 %.
Решение.
х моль
Na2CO3 + 2HC = 2NaC + H
1 моль
1. Вычисляем теоретически полученный объем и количество вещества
2O + CO2
1,5 моль
1 моль
ℓ
ℓ
оксида углерода (IV):
V (CO2)теор. =
)CO(V
2
практ.
56,28
85,0
= 33,6 (л).
)CO(V
2
6,33
4,22
V
M
= 1,5 (моль).
ν (CO2) =
2. По уравнению реакции определяем ν (Na2CO3):
ν (Na2CO3) = ν (CO2) ν (Na2CO3) = 1,5 (моль).
3. Определяем массу Na2CO3:
m (Na2CO3) = ν (Na2CO3) ∙ M (Na2CO3) = 1,5 ∙ 106 = 159 (г).
Реши самостоятельно:
1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты
получили соль массой 5,5 г. Определите массовую долю (%) выхода продукта
реакции. (91,67 %.)
2. При взаимодействии натрия количеством вещества 0,5 моль с водой
получили водород объемом 4,2 л. Вычислите объемную долю (%) выхода 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 массовая доля
выхода хрома составляет 95 %. (148,2 кг.)
4. При сплавлении гидроксида натрия массой 60 г и оксида кремния (IV)
образовалось 13 г водяных паров. Определите массовую долю (%) выхода
воды. (96,3 %.)
5. Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной
серной кислотой для получения оксида серы (IV) объемом 3,0 л (н. у.), если
объемная доля выхода оксида серы (IV) составляет 90 %. (9,51 г.)
6. Вычислите объем аммиака, который можно получить, нагревая хлорид
аммония массой 20 г с избытком гидроксида кальция, если объемная доля
выхода аммиака составляет 98 %. (8,2 л.)
7. При пропускании аммиака объемом 672 л (н. у.) через раствор массой
900 г с массовой долей азотной кислоты 40 % получен нитрат аммония массой
440,68 г. Определите массовую долю (%) выхода соли. (96 %.)
8. Из фосфора массой 15,5 кг получили фосфорную кислоту массой
41,6 кг. Вычислите массовую долю (%) выхода продукта. (85 %.)
9. Какое количество серной кислоты можно получить из элементарной
серы массой 192 г, если массовая доля выхода последней стадии 95 %.
(5,7 моль.)
10. При пропускании сероводорода объемом 2,8 л (н. у.) через избыток
раствора сульфата меди (II) образовался осадок массой 11,4 г. Определите
выход продукта реакции. (95 %.)
11. Через раствор массой 50 г с массовой долей иодида натрия 15 %
пропустили избыток хлора. Выделился йод массой 5,6 г. Определите выход
продукта реакции. (88,2 %.)
12. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,5 г, прилили
раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу
полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %. (3,41 г.)
13. Вычислите, какой объем раствора с массовой долей гидроксида калия
26 % ( = 1,24 г/мл) необходим для реакции с алюминием, чтобы получить
водород объемом 10,64 л, если объемная доля выхода водорода составляет
95 %. (41,35 мл.)
14. Определите количество вещества и объем (н. у.) хлора, который
потребуется для получения хлорида железа (III) массой 150 г при массовой
доле выхода соли 92,3 %. (1,5 моль; 33,6 л.)
15. При пропускании смеси, состоящей из оксида серы (IV) объемом 5 л и
кислорода объемом 15 л, через контактный аппарат, объем изменился на 2 л.
Определите объемную долю (%) выхода продукта реакции. (80 %.)
16. При термическом разложении метана количеством 14 моль получен
ацетилен, объем которого при н. у. составил 120,96 л. Вычислите массовую
долю (%) выхода продукта. (77 %.)
17. Вычислите массу ацетата натрия, затраченную на получение метана
массой 80 г при массовой доле выхода продукта 70 %. (586 г.)
18. Определите массу уксусной кислоты, которая расходуется для синтеза
уксусноэтилового эфира, если полученная масса 70,4 г составляет 80 % от
теоретического. (60 г.)
19. Рассчитайте массу тетрахлорида углерода, который можно получить
при хлорировании метана объемом 11,2 л молекулярным хлором, объем
которого равен 56 л (н. у.). Выход продукта составляет 70 % от теоретически
возможного. (53,9 г.)
20. При каталитическом гидрировании формальдегида получили спирт,
при взаимодействии которого с металлическим натрием образовался водород
объемом 8,96 л (н. у.) Выход продукта на каждой из стадий синтеза составил
80 %. Определите исходную массу формальдегида. (37,5 г.)
21. При конверсии равных объемов оксида углерода (IV) и метана объем
смеси увеличился в 1,8 раза. Определите степень конверсии. (90 %.)
