Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Ярошенко

§ 11. Обчислення за хімічними рівняннями відносного виходу продукту реакції

Через неминучі виробничі втрати, що трапляються під час хімічних процесів, маса, об'єм, кількість речовини продуктів реакції менші порівняно з обчисленими за рівняннями реакцій. Одержані виробничим способом продукти реакції характеризують їх практичний вихід, а обчислені за рівнянням реакції, тобто без урахування виробничих втрат, — теоретичний.

Практичний вихід — це кількість речовини, маса або об'єм продукту реакції, одержаних практично.

Теоретичний вихід — це кількість речовини, маса або об'єм продукту реакції, обчислених за рівнянням реакції.

Теоретичний вихід завжди дорівнює 100 %, тоді як практичний — менший.

Існує також поняття «відносний вихід продукту реакції».

Відносний вихід продукту реакції (η) — це відношення маси, об'єму, кількості речовини продукту реакції, одержаного практично, до його маси, об'єму, кількості речовини, обчислених за рівнянням реакції.

Відносний вихід продукту реакції обчислюють у частках від 1 або у відсотках від 100 за формулами:

Для хімічного виробництва обчислення відносного виходу продукту є важливим і необхідним.

Розглянемо приклади.

Приклад 1. Із водню масою 180 г синтезували амоніак масою 1000 г. Обчисліть відносний вихід продукту реакції.

Розв'язання

1. Запишемо скорочено умову задачі.

2. Складемо рівняння реакції.

3. За рівнянням реакції обчислимо теоретичну масу продукту реакції:

4. Обчислимо відносний вихід продукту реакції:

Відповідь: відносний вихід амоніаку дорівнює 0,98 або 98 %.

Приклад 2. З азоту об'ємом 10 м3 одержали амоніак об'ємом 16,4 м3. Обчисліть відносний вихід продукту реакції, якщо всі виміри зроблено за однакових умов.

Розв'язання

1. Запишемо скорочено умову задачі.

2. Складемо рівняння реакції:

N2 + 3H2 = 2NH3

3. Обчислимо теоретичний об'єм продукту реакції.

Оскільки всі речовини перебувають у газоподібному стані, скористаємося законом об'ємних відношень газів.

Пригадайте формулювання закону об'ємних відношень газів.

За рівнянням реакції об'єм амоніаку вдвічі більший, ніж в азоту.

V (NH3) = 2V (N2)

Тому виконаємо дію множення: 10 л · 2 = 20 л.

4. Обчислимо відносний вихід продукту реакції:

Відповідь: відносний вихід продукту реакції становить 82 % або 0,82.

Це були приклади умов прямих задач. В умові оберненої задачі на практичний вихід відомий відносний вихід продукту реакції, а обчислити потрібно його об'єм або масу.

Розглянемо приклад оберненої задачі.

Приклад 3. Взаємодією заліза з достатньою кількістю хлоридної кислоти добули водень об'ємом 8,96 л (н.у.), відносний вихід якого становив 80 %. Обчисліть масу заліза, взятого для реакції.

Розв’язання

1. Запишемо скорочено умову задачі.

2. Складемо рівняння реакції.

3. Обчислимо теоретичний об'єм водню за формулою

4. Обчислимо кількість речовини теоретично обчисленого об'єму водню, тобто 11,2 л (н.у.).

5. Обчислимо кількість речовини і масу заліза, взятого для проведення цієї реакції.

v(Fe) = v(H2) = 0,5 моль.

m(Fe) = 56 г/моль · 0,5 моль = 28 г.

Відповідь: 28 г.

Попрацюйте групами

Складіть і розв’яжіть задачі:

а) на розрахунок відносного виходу продукту реакції;

б) на обчислення практичного виходу речовини за відомим відносним виходом продукту реакції.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Який вихід продукту реакції називають практичним, а який — теоретичним?
  • 2. Як обчислити практичний вихід речовини?

Застосовуємо

  • 1. Обчисліть відносний вихід гідроген хлориду, якщо з хлору кількістю речовини 5 моль одержали гідроген хлорид масою 340 г.
  • 2. У 10 класі ви вивчали один із способів добування етину — карбідний. Обчисліть:

а) масу кальцій карбіду СаС2, добутого із вугілля масою 72 г і достатньої кількості кальцій оксиду за схемою:

СаО + 3С → СаС2 + CO,

якщо його відносний вихід дорівнював 80 %;

б) відносний вихід етину, добутого з одержаного кальцій карбіду, якщо об'єм вуглеводню становить 33,6 л (н. у.).

  • 3. Обчисліть відносний вихід негашеного вапна масою 400 г, добутого термічним розкладом кальцій карбонату масою 800 г.
  • 4. Унаслідок взаємодії натрію кількістю речовини 0,2 моль з водою добули водень об'ємом 1,916 л (н. у.). Обчисліть відносний вихід продукту реакції.
  • 5. Відновленням ферум(ІІІ) оксиду масою 3,2 т добули залізо масою 1,786 т. Обчисліть відносний вихід металу.