Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 13. Обчислення за хімічними рівняннями відносного виходу продукту реакції

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • обчислювати за хімічними рівняннями відносний вихід продукту реакції й обґрунтовувати вибраний спосіб розв’язування.

Вихід з будь-якої проблемної ситуації потрібно шукати - тоді неодмінно знайдете його. Наразі проблемну для вас ситуацію може створити пропозиція обчислити відносний вихід продукту реакції. Адже цей тип задач є новим, тож розгляньмо його.

З’ясуймо насамперед, що таке теоретичний вихід продукту реакції. Це кількість речовини (маса, об’єм) продукту реакції, обчислена за хімічним рівнянням. Відповідно його позначають nтеор., mтеор., Vтеор.

Зазвичай на практиці кількість речовини (маса, об’єм) продукту реакції менша за розраховану теоретично - адже поміж реакцій трапляються оборотні, під час лабораторних і технологічних операцій певну кількість продукту втрачають.

Практичний вихід продукту реакції позначають nпракт., mпракт., Vпракт.

Відносний вихід продукту реакції позначають літерою грецької абетки η (вимовляють «ета») та обчислюють за формулою

Тобто відносний вихід продукту реакції (η) - це відношення його практичного виходу (nпракт.) до теоретичного (nтеор.). Оскільки маси речовини (m) та об’єми (V) газів прямо пропорційні їхнім кількостям речовин (n), для обчислення відносного виходу продукту реакції також використовують такі формули:

Чи має відносний вихід продукту реакції одиниці вимірювання? Як і будь-яка інша відносна величина (наприклад, масова частка хімічного елемента в сполуці, розчиненої речовини в розчині, коефіцієнт корисної дії тощо) відносний вихід продукту реакції - величина безрозмірна. Це очевидно з формул, за якими її обчислюють, - адже фізичні величини в їхньому чисельнику та знаменнику мають ті самі одиниці вимірювання, які скорочують. Тобто відносний вихід продукту реакції - це частка від одиниці.

Зазвичай відносний вихід продукту реакції виражають у відсотках. Для цього використовують такі формули:

Ці формули відображають співвідношення між практичним і теоретичним виходом продукту реакції.

Рис. 13.1. Алгоритм обчислення відносного виходу продукту реакції, якщо відомі його практичний вихід та кількість речовини (маса, об’єм) реагенту

Рис. 13.2. Алгоритм обчислення практичного виходу продукту реакції, якщо відомі його відносний вихід та кількість речовини (маса, об’єм) реагенту

Рис. 13.3. Алгоритм обчислення кількості (маси, об’єму) реагенту, якщо відомі кількість (маса, об’єм) продукту реакції та його відносний вихід

Розгляньмо приклади таких задач. Задача 1. Унаслідок дії хлоридної кислоти, узятої в надлишку, на магній оксид масою 20 г та наступного упарювання розчину було добуто безводну сіль масою 47 г. Обчисліть відносний вихід (%) магній хлориду.

Обчислімо кількість речовини магній оксиду:

n(MgO) = 20 г : 40 г/моль = 0,5 моль.

За коефіцієнтами в хімічному рівнянні MgO + 2НСl = MgCl2 + H2O визначаємо, що n(MgCl2) = n(MgO), тобто n(MgCl2) = 0,5 моль.

Обчислімо масу магній хлориду, яка дорівнює добутку його кількості речовини на молярну масу (це теоретичний вихід магній хлориду):

m(MgCl2)тeop. = 0,5 моль · 95 г/моль = 47,5 г.

Обчислімо відносний вихід солі, який дорівнює частці від ділення практичного виходу магній хлориду на теоретичний:

η(MgCl2) = 47 г : 47,5 г/моль ≈ 0,99 (99 %).

Задача 2. Обчисліть практичний вихід (г) міді, яка утвориться внаслідок її відновлення надлишком водню з купрум(ІІ) оксиду масою 20 г, якщо відносний вихід міді становить 80 %.

Обчислімо кількість речовини купрум(ІІ) оксиду:

n(СuО) = 20 г : 80 г/моль = 0,25 моль

За коефіцієнтами в хімічному рівнянні СuО + Н2 = Сu + H2O визначаємо, що

n(Сu) = n(СuО), тобто n(Сu) = 0,25 моль.

Обчислімо теоретичний вихід міді:

m(Cu)тeop. = 0,25 моль · 64 г/моль = 16 г.

Обчислімо практичний вихід міді:

m(Сu)практ. = m(Сu)теор. · η(Сu) = 16 Г · 0,8 = 12,8 Г.

Задача 3. Обчисліть масу (г) цинку, який прореагував з розбавленою сульфатною кислотою, якщо внаслідок цієї реакції утворився водень об’ємом 4,48 л (н. у.). Відносний вихід водню становить 80 %.

Обчислімо теоретичний вихід водню:

V(Н2)теор. = 4,48 л : 0,8 = 5,6 л.

Обчислімо кількість речовини водню:

n(Н2) = 5,6 л : 22,4 л/моль = 0,25 моль.

За коефіцієнтами в хімічному рівнянні Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ визначаємо, що

n(Zn) = n(Н2), тобто n(Zn) = 0,25 моль.

Обчислімо масу цинку:

m(Zn) = 0,25 моль · 65 г/моль = 16,25 г.

Зверніть увагу: задачі цього типу траплятимуться вам у наступних розділах підручника, тож матимете нагоду застосувати для їхнього розв’язування знання та вміння, здобуті під час опрацювання цього параграфа.

https://chem.libretexts.org/Bookshelves/lntroductory_Chemistry/Book%3A_lntroductory_Chemistry_(CK-12)/12%3A_Stoichiometry/12.9%3A_Theoretical_Yield_and_Percent_Yield

ПРО ГОЛОВНЕ

• Теоретичний вихід - кількість речовини (маса, об’єм) продукту, обчислена за хімічним рівнянням. Його позначають nтеор., mтеор., Vтеор.

• Практичний вихід - кількість речовини (маса, об’єм) продукту, одержана внаслідок реакції. Його позначають nпракт., mпракт., Vпракт.

• Відносний вихід продукту реакції - відношення практичного виходу до теоретичного. Його позначають літерою грецької абетки η (вимовляють «ета») та обчислюють за формулами:

• Часто відносний вихід продукту реакції виражають у відсотках, використавши для цього формули:

Перевірте себе

  • 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 2. Сергій та Аліна не могли дійти згоди. Сергій стверджував: те, що практичний вихід продукту реакції менший за теоретичний, суперечить закону збереження маси речовин під час хімічних реакцій. Аліна заперечувала, але їй забракло аргументів. Уявіть себе на місці Аліни й поясніть Сергію, чому його твердження хибне.
  • 3. Унаслідок дії надлишку розчину сульфатної кислоти на купрум(ІІ) оксид масою 20 г та наступного упарювання розчину було добуто безводну сіль масою 36 г. Обчисліть відносний вихід (%) купрум(ІІ) сульфату.
  • 4. Обчисліть практичний вихід (г) купрум(ІІ) оксиду, який утвориться внаслідок окиснення міді масою 25,6 г надлишком кисню, якщо відносний вихід міді становить 80 %.
  • 5. Обчисліть масу (г) магнію, який прореагував з хлоридною кислотою, якщо внаслідок цієї хімічної реакції утворився водень об’ємом 4,48 л (н. у.). Відносний вихід водню становить 0,88.
  • 6. Обчисліть масу (г) барій сульфату, який утвориться внаслідок добавляння водного розчину масою 400 г з масовою часткою барій нітрату 7 % до водного розчину масою 200 г з масовою часткою сульфатної кислоти 0,49. Відносний вихід барій сульфату становить 98 %.
  • *7. Визначте відносний вихід (%) вольфраму, якщо внаслідок відновлення алюмінієм з рудного концентрату масою 33,14 кг добули вольфрам масою 12,72 кг. Масова частка вольфрам(VІ) оксиду в концентраті становить 70 %.
  • 8. Порівняйте поняття «відносний вихід продукту реакції» та «коефіцієнт корисної дії». Результат порівняння оформте як таблицю або діаграму Венна.

Творча майстерня

  • 9. Складіть і розв’яжіть задачі вивчених типів. Запропонуйте однокласникам і однокласницям розв’язати їх. Чи збіглися ваші розв’язання та відповіді? 10. У математиці багато підходів до розв’язування задач - алгебричний, графічний тощо. З’ясуйте, чи можна задачі, розглянуті в цьому параграфі, розв’язати в інші способи. За результатами дослідження підготуйте презентацію.

Проектуймо! Творімо!

  • 7. Гальванічний елемент з картоплі, лимонів.
  • 8. Види та принципи роботи малих джерел електричного струму, утилізація їх.

Тест-контроль

1. На зміщення хімічної рівноваги в системі N2 (г) + 3Н2 (г) ⇄ 2NH3 (г), ΔΗ < 0 не впливає

А зниження температури

Б підвищення тиску

В видалення амоніаку зі сфери реакції

Г застосування каталізатора.

2. У системі Fe2O3 (тв) + 3СО (г) ⇄ 2Fe (тв) + 3СО2 (г), ΔΗ < 0 на зміщення хімічної рівноваги вправо не впливає

А збільшення вмісту CO

Б зменшення температури

В збільшення тиску

Г зменшення вмісту СО2

3. На зміщення рівноваги системи, N2 (г) + О2 (г) ⇄ 2NO (г), ΔΗ > 0 не впливає

А підвищення температури

Б підвищення вмісту NO

В підвищення тиску

Г зменшення вмісту N2

4. Хімічна рівновага в системі CO (г) + 2Н2 (г) ⇄ СН3ОН (г), ΔΗ < 0 зміститься в бік утворення продукту реакції внаслідок

А зниження температури

Б зниження вмісту CO

В підвищення вмісту СН3ОН

Г підвищення температури

5. На зміщення хімічної рівноваги в системі Fe3O4(тв) + СО(г) ⇄ 3FeO(тв) + СО2(г), ΔΗ < 0 не вплине

А зменшення вмісту CO

Б збільшення температури

В збільшення тиску

Г зменшення вмісту СO2

6. Для збільшення виходу естеру в системі С2Н5ОН (p) + СН3СООН (p) ⇄ СН3СООС2Н5 (р)+ Н2O (p), ΔΗ > 0 потрібно

А добавити воду

Б зменшити вміст етанової кислоти

В збільшити вміст естеру

Г підвищити температуру

7. Введення каталізатора в систему, що перебуває в стані динамічної рівноваги

А збільшить швидкість лише прямої реакції

Б збільшить швидкість лише оберненої реакції

В збільшить швидкість як прямої, так і оберненої реакції

Г не вплине на швидкість ні прямої, ні оберненої реакції

8. Гідролізу за аніоном зазнає

А барій хлорид

Б натрій сульфат

В амоній нітрат

Г натрій сульфід

9. Гідролізу за катіоном зазнає

А калій бромід

Б натрій силікат

В амоній хлорид

Г натрій сульфат

10. Проаналізуйте твердження. Чи є поміж них правильні?

I. Позитивно заряджений електрод гальванічного елемента називають анодом.

II. Під час роботи гальванічного елемента катод розчиняється.

А правильне лише перше

Б правильне лише друге

В обидва правильні

Г немає правильних

11. Укажіть схему реакції, яка відбувається в гальванічному елементі, складеному із залізної та мідної пластин, занурених відповідно в розчини солей феруму(ІІ) та купруму(ІІ).

A Cu0 + Fe2+ → Cu2+ + Fe0

Б Cu2++ SO2-4 → CuSO4

В Fe2+ + SO2-4 → FeSO4

Г Fe0 + Cu2+ → Fe2+ + Cu0

12. Катодом у гальванічному елементі з нікелевим анодом може бути

А алюміній

Б магній

В плюмбум

Г цинк