Trước khi thực hiện các phản ứng hóa học, sẽ rất hữu ích nếu biết có bao nhiêu sản phẩm sẽ được tạo ra với lượng chất phản ứng nhất định. Điều này được gọi là năng suất lý thuyết . Đây là một chiến lược để sử dụng khi tính năng suất lý thuyết của một phản ứng hóa học. Chiến lược tương tự có thể được áp dụng để xác định lượng mỗi thuốc thử cần thiết để tạo ra lượng sản phẩm mong muốn.
Đốt cháy 10 gam khí hiđro với lượng khí oxi dư thu được nước. Bao nhiêu nước được sản xuất?
Phản ứng mà khí hiđro kết hợp với khí oxi để tạo ra nước là:
H 2 (g) + O 2 (g) → H 2 O(l)
Bước 1: Hãy chắc chắn rằng phương trình hóa học của bạn là phương trình cân bằng.
Phương trình trên không cân bằng. Sau khi cân bằng, phương trình trở thành:
2 H 2 (g) + O 2 (g) → 2 H 2 O(l)
Bước 2: Xác định tỉ lệ số mol giữa các chất phản ứng và sản phẩm.
Giá trị này là cầu nối giữa chất phản ứng và sản phẩm.
Tỷ lệ mol là tỷ lệ cân bằng hóa học giữa lượng của một hợp chất và lượng hợp chất khác trong một phản ứng. Đối với phản ứng này, cứ hai mol khí hydro được sử dụng, hai mol nước được tạo ra. Tỉ lệ số mol giữa H 2 và H 2 O là 1 mol H 2 /1 mol H 2 O.
Bước 3: Tính hiệu suất lý thuyết của phản ứng.
Hiện tại đã có đủ thông tin để xác định năng suất lý thuyết. Sử dụng chiến lược:
- Sử dụng khối lượng mol của chất phản ứng để chuyển đổi số gam chất phản ứng thành số mol chất phản ứng
- Sử dụng tỷ lệ mol giữa chất phản ứng và sản phẩm để chuyển đổi mol chất phản ứng thành mol sản phẩm
- Sử dụng khối lượng mol của sản phẩm để chuyển đổi sản phẩm mol thành gam sản phẩm.
Ở dạng phương trình:
gam sản phẩm = gam chất phản ứng x (1 mol chất phản ứng/khối lượng mol chất phản ứng) x (tỷ lệ mol sản phẩm/chất phản ứng) x (khối lượng mol sản phẩm/1 mol sản phẩm)
Năng suất lý thuyết của phản ứng của chúng tôi được tính bằng cách sử dụng:
gam H 2 O = gam H 2 x (1 mol H 2 /2 gam H 2 ) x (1 mol H 2 O/1 mol H 2 ) x (18 gam H 2 O/1 mol H 2 O)
Ta có 10 gam khí H 2 nên:
gam H 2 O = 10 g H 2 x (1 mol H 2 /2 g H 2 ) x (1 mol H 2 O/1 mol H 2 ) x (18 g H 2 O/1 mol H 2 O)
Tất cả các đơn vị trừ gam H 2 O bị khử, còn lại:
gam H 2 O = (10 x 1/2 x 1 x 18) gam H 2 O
gam H 2 O = 90 gam H 2 O
Mười gam khí hiđro với lượng oxi dư theo lý thuyết sẽ tạo ra 90 gam nước.
Chiến lược này có thể được sửa đổi một chút để tính toán lượng chất phản ứng cần thiết để tạo ra một lượng sản phẩm nhất định. Hãy thay đổi ví dụ một chút: Cần bao nhiêu gam khí hydro và khí oxy để tạo ra 90 gam nước?
Chúng tôi biết lượng hydro cần thiết trong ví dụ đầu tiên, nhưng để thực hiện phép tính:
gam chất phản ứng = gam sản phẩm x (1 mol sản phẩm/tích khối mol) x (tỷ lệ mol chất phản ứng/sản phẩm) x (gam chất phản ứng/khối lượng mol chất phản ứng)
Đối với khí hydro:
gam H 2 = 90 gam H 2 O x (1 mol H 2 O/18 g) x (1 mol H 2 /1 mol H 2 O) x (2 g H 2 /1 mol H 2 )
gam H 2 = (90 x 1/18 x 1 x 2) gam H 2 gam H 2 = 10 gam H 2
Điều này phù hợp với ví dụ đầu tiên. Để xác định lượng oxy cần thiết, tỷ lệ mol của oxy với nước là cần thiết. Đối với mỗi mol khí oxy được sử dụng, 2 mol nước được tạo ra. Tỉ lệ số mol giữa khí oxi và nước là 1 mol O 2 /2 mol H 2 O.
Phương trình của gam O 2 trở thành:
gam O 2 = 90 gam H 2 O x (1 mol H 2 O/18 g) x (1 mol O 2 /2 mol H 2 O) x (32 g O 2 /1 mol H 2 )
gam O 2 = (90 x 1/18 x 1/2 x 32) gam O 2
gam O 2 = 80 gam O 2
Để tạo ra 90 gam nước cần 10 gam khí hiđro và 80 gam khí oxi.
Tính toán hiệu suất lý thuyết rất đơn giản miễn là bạn có các phương trình cân bằng để tìm tỷ lệ mol cần thiết để kết nối các chất phản ứng và sản phẩm.
- Cân bằng phương trình của bạn.
- Tìm tỉ lệ số mol giữa chất phản ứng và sản phẩm.
- Tính toán bằng cách sử dụng chiến lược sau: Chuyển đổi gam thành số mol, sử dụng tỷ lệ mol để làm cầu nối giữa sản phẩm và chất phản ứng, sau đó chuyển đổi số mol trở lại gam. Nói cách khác, làm việc với nốt ruồi và sau đó chuyển đổi chúng thành gam. Đừng làm việc với gam và cho rằng bạn sẽ nhận được câu trả lời đúng.
Để biết thêm ví dụ, hãy kiểm tra bài toán năng suất lý thuyết và các bài toán ví dụ về phản ứng hóa học trong dung dịch nước.
- Petrucci, RH, Harwood, WS và Herring, FG (2002) General Chemistry , 8th Edition. Hội trường Prentice. ISBN 0130143294.
- Vogel, trí tuệ nhân tạo; Tatchell, AR; Nội thất, BS; Hannaford, AJ; Smith, PWG (1996) Sách giáo khoa Hóa hữu cơ thực hành của Vogel (tái bản lần thứ 5). Lề. ISBN 978-0582462366.
- Whitten, KW, Gailey, KD và Davis, RE (1992) Hóa học đại cương , tái bản lần thứ 4. Nhà xuất bản Đại học Saunders. ISBN 0030723736.