ВЫЧИСЛЕНИЕ ВЫХОДА ПРОДУКТА РЕАКЦИИ В ПРОЦЕНТАХ ОТ ТЕОРЕТИЧЕСКИ ВОЗМОЖНОГО, ЕСЛИ ИЗВЕСТНЫ МАССЫ ИСХОДНОГО ВЕЩЕСТВА И ПРОДУКТА РЕАКЦИИ
Задача 1. Через известковую воду, содержащую 3,7 г гидроксида кальция, пропустили углекислый газ. Выпавший осадок отфильтровали, высушили, взвесили. Его масса оказалась равной 4,75 г. Вычислить выход продукта реакции (в процентах) от теоретически возможного.
Решение: |
|
m[Ca(OH)2] = 3,7 г wвых.(CaCO3) — ? |
Известковая вода — это водный раствор гидроксида кальция Ca(OH)2. При пропускании через нее углекислого газа CO2 выпадает осадок карбоната кальция с диоксидом углерода (качественная реакция на углекислый газ). Эту задачу можно решить либо с использованием величины количества вещества, либо через массы указанных веществ. |
I способ.
Определим количества приведенных в условии задачи веществ:
v[Ca(OH)2] = m[Ca(OH)2] / M[Ca(OH)2] = 3,7 г / 74 г/моль = 0,05 моль;
v[Ca(OH)2] = 0,05 моль
v(CaCO3) = m(CaCO3) / M(CaCO3) = 4,75 г / 100 г/моль = 0,0475 моль;
v(CaCO3) = 0,0475 моль
Запишем уравнение химической реакции:
+ |
CO2 |
-> |
CaCO3 |
+ |
H2O |
|
1 моль |
|
1 моль |
|
1 моль |
|
1 моль |
M=74 г/моль |
|
|
|
M=100 г/моль |
|
|
m=74 г |
|
|
|
m=100 г |
|
|
Из уравнения химической реакции следует, что из 1 моль Ca(OH)2 образуется 1 моль CaCO3, а значит, из 0,05 моль Ca(OH)2 теоретически должно получиться столько же, то есть 0,05 моль CaCO3. Практически же получено 0,0475 моль CaCO3, что составит:
wвых. (CaCO3) = 0,0475 моль * 100 % / 0,05 моль = 95 %
wвых. (CaCO3) = 95 %
Ответ: выход карбоната кальция составляет 95 % от теоретически возможного.
II способ.
Принимаем во внимание массу исходного вещества (гидроксида кальция) и уравнение химической реакции:
+ |
CO2 |
-> |
CaCO3 |
+ |
H2O |
|
1 моль |
|
1 моль |
|
1 моль |
|
1 моль |
M=74 г/моль |
|
|
|
M=100 г/моль |
|
|
m=74 г |
|
|
|
m=100 г |
|
|
Рассчитаем по уравнению реакции, сколько теоретически образуется карбоната кальция.
образуется |
100 г CaCO3 (из уравнения реакции) |
|
Из 3,7 г Ca(OH)2 |
образуется |
х г CaCO3 (из условия задачи) |
Отсюда х = 3,7 г * 100 г / 74 г = 5 г, m(CaCO3) = 5 г
Это означает, что из данных по условию задачи 3,7 г гидроксида кальция теоретически (из расчётов) можно было бы получить 5 г карбоната кальция, а практически получено лишь 4,75 г продукта реакции. Из этих данных определим выход карбоната кальция (в %) от теоретически возможного:
5 г CaCO3 составляют 100% — ный выход
4,75 г CaCO3 составляют х %
x = 4,75 моль * 100 % / 5 г = 95 % ;
wвых. (CaCO3) = 95 %
Ответ: выход карбоната кальция составляет 95 % от теоретически возможного.
Задача 2. При взаимодействии магния массой 36 г с избытком хлора получено 128,25 г хлорида магния. Определить выход продукта реакции в процентах от теоретически возможного.
Решение: |
|
m(Mg) = 36 г wвых.(MgCl2) — ? |
Указанная масса (m = 128,25 г) продукта реакции MgCl2 — это есть практически полученная масса вещества. Из 36 г магния теоретически можно получить больше хлорида магния, чем его получено. В задачах такого типа и требуется рассчитать, какую долю (в %) составляет практически полученная масса продукта реакции от той массы, которую можно было бы получить теоретически, т.е. из расчётов по уравнению реакции. Эту долю, выраженную в процентах, и называют выходом продукта от теоретически возможного. |
Рассмотрим два способа решения этой задачи: с использованием величины количества вещества и массы вещества.
I способ.
Из данных по условию задачи значений масс магния и хлорида магния рассчитаем значения количества этих веществ:
v(Mg) = m(Mg) / M(Mg) = 36 г / 24 г/моль = 1,5 моль; v(Mg) = 1,5 моль
v(MgCl2) = m(MgCl2)/ M(MgCl2) = 128,25 г / 95 г/моль = 1,35 моль;
v(MgCl2) = 1,35 моль
Составим уравнение химической реакции:
+ |
Cl2 |
-> |
MgCl2 |
|
1 моль> |
|
1 моль |
|
1 моль |
M=24 г/моль |
|
|
|
M=95 г/моль |
m=24 г |
|
|
|
m=95 г |
Воспользуемся уравнением химической реакции. Из этого уравнения следует, что из 1 моль магния можно получить 1 моль хлорида магния, а, значит, из данных 1,5 моль магния можно теоретически получить столько же, то есть 1,5 моль хлорида магния. А практически получено лишь 1,35 моль. Поэтому выход хлорида магния (в %) от теоретически возможного составит:
соответствует |
100% — ному выходу |
|
1,35 моль MgCl2 |
соответствует |
х % |
х = 1,35 моль * 100% / 1,5 моль = 90%, т.е. wвых.(MgCl2) = 90%
Ответ: выход хлорида магния составляет 90% от теоретически возможного.
II способ.
Рассмотрим уравнение химической реакции:
+ |
Cl2 |
-> |
MgCl2 |
|
1 моль> |
|
1 моль |
|
1 моль |
M=24 г/моль |
|
|
|
M=95 г/моль |
m=24 г |
|
|
|
m=95 г |
В первую очередь по уравнению химической реакции определим, сколько граммов хлорида магния можно получить из данных по условию задачи 36 г магния.
образуется |
95 г MgCl2 (из уравнения реакции) |
|
Из 36 г Mg |
образуется |
х г MgCl2 (из условия задачи) |
Отсюда х = 36 г * 95 г / 24 г = 142,5 г; m(MgCl2) = 142,5 г
Это означает, что из данного количества магния можно было бы получить 142,5 г хлорида магния (теоретический выход, составляющий 100%). А получено всего 128,25 г хлорида магния (практический выход).
Рассмотрим теперь, сколько процентов составляет практический выход от теоретически возможного:
соответствует |
100% — ному выходу |
|
128,25 г MgCl2 |
соответствует |
х % |
х = 128,25 г * 100 % / 142,5 г = 90 %, то есть wвых.(MgCl2) = 90%
Ответ: выход хлорида магния составляет 90% от теоретически возможного.
Задача 3. Металлический калий массой 3,9 г поместили в дистиллированную воду объемом 50 мл. В результате реакции получили 53,8 г раствора едкого кали с массовой долей вещества равной 10%. Вычислить выход едкого кали (в процентах) от теоретически возможного.
Решение: |
|
m(К) = 3,9 г wвых.(KOH) — ? |
Металлический калий реагирует с водой подобно другим щелочным металлам с образованием гидроксида калия (едкого кали) и выделением водорода. Поскольку образующийся водород выделяется из реакционной смеси в виде газа, то фактически в резульате реакции образуется водный раствор гидроксида калия (едкого кали). |
+ |
2H2O |
-> |
2KOH |
+ |
H2 |
|
2 моль |
|
2 моль |
|
2 моль |
|
1 моль |
M=39 г/моль |
|
|
|
M=56 г/моль |
|
|
m=78 г |
|
|
|
m=112 г |
|
|
На основе этого уравнения химической реакции сделаем расчёты.
Вначале определим массу едкого кали, которую теоретически можно было бы получить из данной по условию задачи массы калия.
образуется |
112 г КОН (из уравнения реакции) |
|
Из 3,9 г К |
образуется |
х г КОН (из условия задачи) |
Отсюда: x = 3,9 г * 112 г / 78 г = 5,6 г m(KOH) = 5,6 г
Далее рассчитаем практически полученную массу едкого кали. Для этого воспользуемся выражением массовой доли растворённого вещества: wв-ва = mв-ва / mр-ра * 100%
Из этой формулы выражаем mв-ва :
mв-ва = mр-ра * wв-ва /100%
Определим массу едкого кали, находящегося в 53,8 г 10% -ного его раствора:
m(KOH) = mр-ра * w(KOH) / 100% = 53,8 г * 10% /100% = 5,38 г
m(KOH) = 5,38 г
Наконец, рассчитываем выход едкого кали в процентах от теоретически возможного:
wвых.(КОН) = 5,38 г / 5,6 г * 100% = 96%
wвых.(КОН) = 96%
Ответ: Выход едкого кали составляет 96% от теоретически возможного.