Đối với mỗi bộ môn hoá học, lượng lý thuyết được xác định là lượng sản phẩm tối đa mà một phản ứng có thể tạo ra theo phương trình hoá học. Tuy nhiên, áp dụng trong thực tế, các phản ứng gần như không bao giờ được xảy ra toàn phần. Khi làm phản ứng thực tế, chúng ta chỉ thu được lượng thực tế. Lượng thực tế này sẽ ít hơn so với lượng lý thuyết. Và thông số để thể hiện sự chênh lệch này được gọi là hiệu suất phản ứng. Cách tính hiệu suất phản ứng như thế nào?
Cách tính hiệu suất phản ứng được tính như sau: %hiệu suất = (lượng thực tế/ lượng lý thuyết) x 100. Như vậy, nếu bạn có hiệu suất của phản ứng là 80%, thì bạn sẽ có lượng hao phí là 20% (nghĩa là 20% không phản ứng hoặc không tạo được sản phẩm).
Các bước tính hiệu suất phản ứng hóa học
Bước 1: Tìm chất phản ứng hết
- Cân bằng phương trình hoá học: Phương trình hoá học phải đảm bảo các nguyên tố trước và sau phản ứng bằng nhau. Do đó, ta cần cân bằng phương trình hoá học sao cho các chất trước và sau phản ứng có số lượng nguyên tố bằng nhau.
- Xác định khối lượng mol đối với từng chất trong phương trình hoá học đã cân bằng: Sau khi đã xác định được khối lượng mol của một phận tử trong hợp chất, bạn sẽ xác định khối lượng mol hợp chất đó bằng cách cộng các khối lượng mol phân tử lại với nhau.
- Chuyển đổi khối lượng các chất từ gam sang mol: Xác định số mol của mỗi chất bằng cách là khối lượng chất (tính theo gam) chia cho khối lượng mol chất (g/mol)
- Xác định tỷ lệ phản ứng hoá học: Xác định tỷ lệ của hai chất trong phản ứng thực tế bằng cách lấy số mol của chất này chia cho số mol của chất kia.
- Xác định tỷ lệ lý tưởng của phản ứng hoá học: Tỷ lệ lý tưởng của phản ứng hoá học được xác định dựa trên tỷ lệ đã cân bằng trong phương trình hoá học.
- So sánh các tỷ lệ để tim được chất phản ứng hết trong phương trình: Dựa trên 2 tỷ lệ thực tế và tỷ lệ lý tưởng, ta sẽ xác định được chất đã dùng hết trong phản ứng.
Bước 2: Xác định lượng lý thuyết của phản ứng
- Xác định được sản phẩm mong muốn của phản ứng: Sản phẩm mong muốn là sản phẩm sau khi phản ứng được tạo thành với một tỷ lệ phản ứng lý tưởng.
- Xác định số mol của chất phản ứng hết trong phản ứng: Ghi nhận lại số mol của chất phản ứng hết đã được xác định ở bước 1.
- Xác định lỷ lệ các phân tử trong sản phẩm và chất phản ứng hết: Tỷ lệ này được xác định bằng tỷ lệ của cân bằng phản ứng.
- Nhân tỷ lệ vừa xác định được với số mol của chất phản ứng hết: Xác định số mol của các chất khác bằng cách nhân tỷ lệ vừa tìm được với số mol chất phản ứng hết (Thực hiện đúng quy tắc tam suất của phản ứng).
- Xác định khối lượng các chất theo đơn vị gam: Xác định khối lượng các chất (theo đơn vị gam) bằng cách lấy số mol chất vừa tìm được nhân cho khối lượng mol chất.
Bước 3: Xác định hiệu suất của phản ứng hoá học
- Xác định lượng thực tế của phản ứng hoá học
- Xác định lượng lý thuyết của phản ứng hoá học
- Xác định hiệu suất của phản ứng hoá học theo công thức
%hiệu suất = (lượng thực tế/ lượng lý thuyết) x 100
hoặc:
Một số lưu ý khi tính hiệu suất phản ứng
- Các xác định đúng các đơn vị (gam, mol, gam/mol…) để đảm bảo các phép tính không bị sai sót.
- Hiệu suất của phản ứng luôn nhỏ hơn 100%. Do đó, nếu bạn ra kết quả hiệu suất lớn hơn 100% nhưng bạn chắc chắn rằng các phép toán không xảy ra sai sót. Điều này có thể là do sản phẩm của phản ứng chưa tinh khiết. Hãy làm sạch sản phẩm sau đó đêm cân lại, bạn sẽ có được một kết quả chính xác hơn đó.
- Cần phân biệt rõ hiệu suất phản ứng với sai số và độ hao phí của phản ứng. Hiệu suất phần trăm của phản ứng được tính theo công thức: %hiệu suất = (lượng thực tế/ lượng lý thuyết) x 100. Còn độ hao phí của phản ứng dựa theo phần trăm được tính theo công thức: %hao phí = 100% – %hiệu suất. Và sai số của phản ứng được tính bằng công thức: Sai số = Lượng lý thuyết – lượng thực tế.
Bài tập
Bài tập 1: Tính khối lượng Na, thể tích khí Cl2 cần dùng để điều chế 4,68 gam muối Clorua, nếu hiệu suất phản ứng là 80%
Lời Giải:
n NaCl = m NaCl/ M NaCl = 4,68/58,5 = 0,08 (mol)
Phương trình hóa học:
2Na + Cl2 → 2NaCl
từ pt => số mol Na = 0,08*100/80 = 0,1 (mol)
n Cl2 = (0,08*100)/2*80 = 0,05 (mol)
m Na = 0,1*23 = 2,3 (gam)
V Clo = 0,05*22,4 = 1,12 (lit)
Bài tập 2: Cho 19,5 gam Zn phản ứng với 7 (l) clo thì thu được 36,72 gam ZnCl2. Tính hiệu suất của phản ứng?
Bài Giải
n Zn = 19,5/65 = 0,3 (mol) n Cl2 = 7/22,4 = 0,3125 (mol) n ZnCl2 = 0,27 (mol) Zn + Cl2 → ZnCl2
Ta thấy:
n Cl2 > n Zn => so với Cl2 thì Zn là chất thiếu, nên ta sẽ tính theo Zn. Từ phương trình => n Zn phản ứng = n ZnCl2 = 0,27 (mol) Hiệu suất phản ứng: H = số mol Zn phản ứng *100/số mol Zn ban đầu = 0,27 * 100/0,3 = 90 %
Bài 3: Nung nóng 12,8 gam đồng với Clo dư. Xác định khối lượng muối đồng clorua thu được nếu hiệu suấtphản ứng là 83%?
Bài Giải:
n Cu = m Cu / M Cu = 12,8 /64 = 0,2 (mol)
Cu + Cl2 → CuCl2
Từ pt => n CuCl2 = n Cu *H/100 = 0,2 *83/100 = 0,166 (mol)
m CuCl2 = n CuCl2 . M CuCl2 = 0,166 * 135 = 22,41 (gam)
Xem thêm: Bảng hóa trị các nguyên tố hóa học
Trên đây là ba bước thực hiện để xác định hiệu suất của phản ứng hoá học và cách tính hiệu suất đơn giản, hiệu quả. Hi vọng các hướng dẫn công thức tính hiệu suất phản ứng trên đây sẽ giúp ích cho các bạn khi học môn hóa học.