Конспект занятия "Решение задач с использованием понятия "массовая (объемная) доля выхода продукта"(для преподавателя)

Практическое занятие

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ "МАССОВАЯ (ОБЪЕМНАЯ) ДОЛЯ ВЫХОДА ПРОДУКТА"

Цель - изучить алгоритмы решения задач с понятием "массовая (объемная) доля выхода продукта реакции" и научиться решать задачи с его использованием

В реальных химических реакциях масса продукта всегда оказывается меньше расчетной. Почему?

• Многие химические реакции обратимы и не доходят до конца.

• При взаимодействии органических веществ часто образуются побочные продукты.

• При гетерогенных реакциях вещества плохо перемешиваются, и часть веществ просто не вступает в реакции.

• Часть газообразных веществ может улетучиться.

• При получении осадков часть вещества может остаться в растворе.

Вывод:

• масса теоретическая, то есть рассчитанная по уравнению, всегда больше практической;

• объём теоретический (расчетный) всегда больше объёма практического.

Теоретический выход составляет 100%, практический выход всегда меньше 100%.

Массовая доля выхода продукта обозначается буквой    (этта), измеряется в процентах или долях.

         = m _{практическая}    * 100%     

  m _{теоретичееская}

Объемная доля выхода продукта обозначается буквой φ (фи), также измеряется в процентах или долях

φ = V _{практический}        * 100%

                 V _{теоретичееский}

Различают три типа задач с понятием “выход продукта”:

1. Даны массы исходного вещества и продукта реакции. Определить выход продукта.

2. Даны массы исходного вещества и выход продукта реакции. Определить массу продукта.

3. Даны массы продукта и выход продукта. Определить массу исходного вещества.

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии кальция массой 4,0 г с раствором серной кислоты получили соль массой 12 г. Определите выход продукта реакции (%).

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

m (Са) = 4,0 г

m _пр (СаSO₄) = 12 г

_____________________

Найти:  =?

2. Запишем уравнение реакции. Расставим коэффициенты.

Са + Н₂ SO₄ = СаSO₄ + Н2

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ, массы которых либо известны, либо необходимо найти.

M(Са) = 40 г/моль

M(СаSO₄) = 40 + 32 + 4 · 16 = 136 г/моль

4. Находим количество вещества реагента (кальция) по формуле n= m/M

n(Са) = 4 г / 40(г/моль) = 0,1 моль

5. Вычисляем теоретическое количество вещества (n _теор) продукта реакции сульфата кальция по уравнению химической реакции, сравнивая коэффициенты:

n_теор (СаSO₄)= n(Са) = 0,1 моль

6. Вычисляем теоретическую массу (m_теор) продукта реакции по формуле

m = n · M

m_теор (СаSO₄) = M(СаSO4) · n_теор (СаSO₄) = 136 г/моль · 0,1 моль = 13,6 г

7. Находим массовую долю выхода продукта по формуле

         =      m _{практическая}      * 100%     

  m _{теоретичееская}

 = (СаSO₄)=(12 г ·100%)/ 13,6 г = 88,24%

Ответ: Выход сульфата кальция составляет 88,24 % по сравнению с теоретическим.

РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО:

1. При разложении 200 граммов карбоната кальция СаСО₃ получен оксид кальция массой 40 г. Вычислите массовую долю выхода продукта реакции.

2. 65 г цинка растворили в соляной кислоте, получилось 20 литров газа. Вычислить объемную долю выхода водорода.

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

m(CaO) = 16,8 г

 =80% или 0,8

_________________

Найти:

m практ (CaC₂) = ?

2. Запишем уравнение химической реакции. Расставим коэффициенты.

2С + СаО = СаС₂ + СО

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ - исходного вещества и продукта реакции:

M(CaO) = 40 + 16 = 56 г/моль

M(CaC₂) = 40 + 2 · 12 = 64 г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

n (CaO)=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль

5. По уравнению реакции вычисляем теоретическое количество вещества (n _теор) и теоретическую массу (m _теор) продукта реакции

n _теор (CaC₂)= n (CаО) = 0.3 моль

m (_теор СаС₂) = n*M = 0.3 * (40+12*2) = 19.2 г

6. Находим массовую долю выхода продукта по формуле: m _практ = * m _теор

m _{практич} (CaC₂) = = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г

Ответ: m _{практич} (CaC₂) = 15,36 г

РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО:

3. Вычислить объем аммиака, который образовался из с использованием 100 л водорода, если объемная доля выхода продукта реакции, то есть аммиака, составляет 30%.

4. 46 г натрия растворили растворили в воде. Какой объем водорода выделился, если объемная доля выхода продукта составляет 98%?

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с уксусной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

V_{практич}(CO₂) = 28,56 л

 = 85% или 0,85

Найти:

m (Na₂ CO₃) =?

2. Записываем уравнение химической реакции. Расставим коэффициенты.

Na₂ CO₃ +2СН₃СООН = 2Na(СН₃СООН) + H2O + CO2

3. Вычисляем теоретически полученный объём продукта реакции, используя формулу

φ = V _{практический}        * 100%

                 V _{теоретичееский}

V_теор (CO₂)= V_практ / φ

V_теор (CO₂) = 28,56 л / 0,85 = 33,6 л

4. Вычисляем теоретическое количество вещества продукта реакции. n = V / Vm    

n_теор(CO₂) = 33,6 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,5 моль

5. Находим количество вещества реагента по уравнению химической реакции, сравнивая коэффициенты перед формулами:

По УХР: 1 моль Na₂ CO₃ = 1 моль СО₂, следовательно

n(Na₂ CO₃) = n(CO₂) = 1,5 моль

6. Определяем массу (объём) реагента по формуле:

m = n · M m(Na₂ CO₃) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

РЕШИТЬ САМОСТОЯТЕЛЬНО

5. Какой объем хлора требуется для получения 60 г хлорида магния из простых веществ, если практический выход соли составляет 70% ?

6. Вычислить массу фосфата кальция, из которого под действием серной кислоты надо получить фосфорную кислоту массой 98 г, если массовая доля выхода продукта составляет 85%

Дополнительные задачи:

7. Какая масса чистого этилового спирта, применяемого в медицине, получится из 5000 г сахарозы, если практический выход продукта составляет 60% ?

8. Определите, какая масса известняка вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 44,8 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

9. К раствору, содержащему нитрат серебра массой 10 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 10 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 80 %.

10. Для окисления оксида серы (IV) взяли 112 л (н.у.) кислорода и получили 760 г оксида серы (VI). Чему равен выход продукта в процентах от теоретически возможного?

11. При взаимодействии азота и водорода получили 95 г аммиака NH₃ с выходом 35%. Какие объёмы азота и водорода были взяты для реакции?

12. 64,8 г оксида цинка восстановили избытком углерода. Определите массу образовавшегося металла, если выход продукта реакции равен 65%.