Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học Cách tính hiệu suất phản ứng

Hiệu suất là một trong những đại lượng xuất hiện trong những bài toán phản ứng hóa học hoặc các bài tập vật lý.

Hiệu suất phản ứng hóa học chính là lượng sản phẩm tối đa (sản phẩm thực tế) mà một phản ứng hoá học có thể tạo ra. Vậy công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học như thế nào? Hãy cùng Download.vn tìm hiểu ở bài viết dưới đây nhé. Hi vọng qua công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học các bạn có thêm nhiều tư liệu học tập, nắm vững công thức để giải được các bài tập Hóa học. Tài liệu còn có cả một số bài tập vận dụng giúp các bạn dễ dàng ghi nhớ công thức. Ngoài ra các bạn xem thêm bài tập viết công thức hóa học lớp 8.

Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học

1. Hiệu suất phản ứng là gì?
2. Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học
3. Ví dụ tính hiệu suất phản ứng trong Hóa học
4. Bài tập vận dụng

1. Hiệu suất phản ứng là gì?

Hiệu suất phản ứng hoá học có đơn vị tính là %. Chúng là đại lượng được đo lường bằng tỉ số giữa khối lượng thực tế so với khối lượng lý thuyết ban đầu. Theo đó khối lượng lý thuyết là khối lượng mà chúng phản ứng và tạo ra nhiều sản phẩm nhất trong phương trình phản ứng hoá học.

2. Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học

A. Công thức tính hiệu suất của phản ứng hóa học và ví dụ cụ thể

Cho phản ứng hóa học: A + B → C

Hiệu suất phản ứng:

H = số mol pứ . 100% / số mol ban đầu

hoặc cũng có thể tính theo khối lượng:

H = khối lượng thu được thực tế . 100% / khối lượng thu được tính theo phương trình

Lưu ý là tính hiệu suất theo số mol chất thiếu (theo số mol nhỏ)

Từ công thức cũng có thể tính được:

n_C = n_{A pứ} = (n_{A ban đầu} . H)/100

n_{A ban đầu cần dùng}: n_{A ban đầu} = (n_C.100)/H

B. Công thức tính khối lượng chất tham gia khi có hiệu suất

Do hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100%, nên lượng chất tham gia thực tế đem vào phản ứng phải hơn nhiều để bù vào sự hao hụt. Sau khi tính khối lượng chất tham gia theo phương trình phản ứng, ta có khối lượng chất tham gia khi có hiệu suất như sau:

$m_{lt} = \frac{m_{tt}.100}{H}$ $m_{lt} = \frac{m_{tt}.100}{H}$

C. Công thức tính khối lượng sản phẩm khi có hiệu suất

Do hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100%, nên lượng sản phẩm thực tế thu được phải nhỏ hơn nhiều sự hao hụt. Sau khi khối lượng sản phẩm theo phương trình phản ứng, ta tính khối lượng sản phẩm khi có hiệu suất như sau:

$m_{tt} = \frac{m_{lt}.H}{100}$ $m_{tt} = \frac{m_{lt}.H}{100}$

Ví dụ cụ thể: Nung 0,1 mol CaCO₃ thu được 0,08 mol CaO. Tính hiệu suất phản ứng hóa học xảy ra.

Trong bài này chúng ta có 2 cách để giải bài toán:

Cách 1:

CaCO₃ → CaO + CO₂

0,1 mol → 0,1 mol

Theo phản ứng ta có 0,1 mol CaCO₃ tạo 0,1 mol CaO. Tuy nhiên theo thực tế đo được chỉ thu được 0,08 mol CaO. Như vậy đối với CaO lượng tính toán theo phản ứng là 0,1 (gọi là khối lượng theo lý thuyết) và lượng chắc chắn thu được là 0,08 (gọi là lượng thực tế). Hiệu suất phản ứng H(%) = (thực tế/lý thuyết)*100 = (0,08/0,1)*100 = 80%, tức là:

Cách 2:

CaCO₃ → CaO + CO₂

0,08 mol ← 0,08 mol

Nhìn tỉ lệ mol trên phương trình nếu thu được 0,08 mol vôi sống CaO cần dùng 0,08 mol CaCO₃.

Tuy nhiên đề bài cho là nung 0,1 mol CaCO₃.

Tóm lại đối với CaCO₃ lượng tính toán theo phản ứng là 0,08 (gọi là lựong lý thuyết) và lượng chắc chắn cần phải có là 0,1 (gọi là lượng thực tế).

Hiệu suất phản ứng H = (lý thuyết/ thực tế).100 = (0,08/0,1).100 = 80%

Vậy tóm lại khi tính hiệu xuất phản ứng thì chúng ta cần xác định xem mình dựa vào tác chất hay sản phẩm để có công thức phù hợp để tính.

+ Nếu dựa vào sản phẩm thì công thức: H = (thực tế/ lý thuyết).100

+ Nếu dựa vào tác chất thì công thức: H = (lý thuyết/ thực tế).100

Theo kinh nghiệm của tôi với các bài tập tính toán hiệu suất phản ứng, khi làm bài đừng để ý đến thực tế, lý thuyết gì cả. Cứ thực hiện tính toán bình thường, dựa vào tác chất hay sản phẩm tùy ý, sau đó đối chiếu lượng ở đề bài cho xem giá trị nào lớn, giá trị nào nhỏ.

Hiệu suất = (giá trị nhỏ/ giá trị lớn).100

3. Ví dụ tính hiệu suất phản ứng trong Hóa học

Ví dụ 1: Tính khối lượng Na và thể tích khí Cl₂ cần dùng để điều chế 4,68 gam muối Clorua, nếu hiệu suất phản ứng là 80%

Gợi ý đáp án

n_NaCl= m_NaCl/ M_NaCl = 4,68/58,5 = 0,08 (mol)

Phương trình hóa học:

2Na + Cl₂ → 2NaCl (1)

Từ phương trình hóa học (1) => 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_Cl2 = 0,05.22,4 = 1,12 (lit)

Ví dụ 2: Cho 19,5 gam Zn phản ứng với 7 (lít) clo thì thu được 36,72 gam ZnCl₂. Tính hiệu suất của phản ứng?

Gợi ý đáp án

n_Zn = 19,5/65 = 0,3 (mol)

n_Cl2 = 7/22,4 = 0,3125 (mol)

n_ZnCl2 = 0,27 (mol)

Phương trình hóa học

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 %

Ví dụ 3: Nung 4,9 g KClO₃ có xúc tác thu được 2,5 g KCl và khí oxi.

a) Viết phương trình phản ứng.

b) Tính hiệu suất của phản ứng.

Hướng tư duy:

Đề cho hai số liệu chất tham gia và sản phẩm. Do sản phẩm là chất thu được còn lượng chất tham gia không biết phản ứng có hết không nên tính toán ta dựa vào sản phẩm.

Từ m_KCl → tính được n_KCl → tính n_{KClO3 (theo phương trình)} → tính m_KClO3 (thực tế phản ứng)

Còn m đề bài cho là lượng lý thuyết => Tính H% theo công thức

Gợi ý đáp án

n_KCl = 2,5/74,5 = 0,034 mol

2KClO₃ $\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}$ $\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}$ 2KCl + 3O₂

2 2 3

0,034 0,034

Khối lượng KClO₃ thực tế phả ứng:

m_KClO3 = n_KClO3.M_KClO3 = 0,034.1225 = 4,165 gam

Hiệu suất phản ứng:

H = 4,165/4,9.100% = 85%

Ví dụ 4. Để điều chế 8,775 g muối natri clorua (NaCl) thì cần bao nhiêu gam natri và bao nhiêu lít clo (đktc), biết hiệu suất phản ứng = 75%.

Gợi ý đáp án

n_NaCl = 0,15 mol

Phương trình phản ứng

2Na + Cl₂ $\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}$ $\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}$ 2NaCl

2 1 2

0,15 0,075 0,15

Khối lượng Na và thể tích khí clo theo lý thuyết:

m_{Na lý thuyết} = n_Na.M_Na = 0,15.23 = 3,45 (gam)

V_Cl2 = n_Cl2.22,4 = 0,075.22,4 = 1,68 lít

Khi có H = 75%, khối lượng Na và thể tích khí clo thực tế là:

$m_{Na} = \frac{3,45.100}{75} = 4,5gam$ $m_{Na} = \frac{3,45.100}{75} = 4,5gam$

$V_{Cl2} = \frac{1,68.100}{75} = 2,24lit$ $V_{Cl2} = \frac{1,68.100}{75} = 2,24lit$

4. Bài tập vận dụng

Câu 1. Nung 4,9 gam KClO₃ có xúc tác thu được 2,5 gam KCl và chất khí

a) Viết phương trình phản ứng

b) Tính hiệu suất của phản ứng?

Gợi ý đáp án

n_KClO3 = 4,9/122,5 = 0,04 (mol)

n_KCl = 2,5/74,5 = 0,034 (mol)

2KClO₃ $\overset{t^{o} }{\rightarrow}$ $\overset{t^{o} }{\rightarrow}$ 2KCl + 3O₂ (1)

Theo phương trình phản ứng (1) n_KClO3(pư)= n_KCl= 0,034 (mol)

Hiệu suất phản ứng là

0,034/0,04.100% = 83,89%

Theo (1) n_O2 = 3/2n_KCl = 0,051 (mol)

=> V_O2 = 0,051.22,4 = 1,1424 (l)

Câu 2. Để điều chế 8,775 gam muối Natri clorua (NaCl) thì cần số gam Natri là? Biết hiệu suất bằng 75%.

Gợi ý đáp án

Phương trình hóa học

2Na + Cl₂→ 2NaCl

n_NaCl= 8,775/58,5 = 0,15 (mol)

Nếu hiệu suất là 100% thì n_NaCl= 0,15.75/100 = 0,2(mol)

Theo phương trình hóa học: n_Na = n_NaCl= 0,2 mol

→ m_Na = 0,2.23 = 4,6 (g)

Theo phương trình hóa học: nCl₂ =1/2n_NaCl= 0,1 mol

→ V_Cl2= 0,1.22,4 = 2,24 (l)

Câu 3. 280 kg đá vôi chứa 25% tập chất thì có thể điều chế được bao nhiêu kg vôi sống, nếu hiệu suất phản ứng là 80%.

Gợi ý đáp án

Do đá vôi chứ 25% tạp chất nên khối lượng đá vôi là: m_CaCO3 = 280.75% = 210 kg

CaCO₃→ CaO + CO₂

100 g 56 g

210 kg x kg

Khối lượng CaO lí thuyết thu được theo phương trình là:

x = 210.56/100 = 117,6 kg

Do hiệu suất là H = 80% nên khối lượng CaO thực tế thu được là:

m_CaO thực tế = m_CaO (LT).80% = 117,6.80% = 94,08 kg

Câu 4. Cho 21,75g MnO₂ tác dụng hết axit HCl đặc

a) Tính V của Cl₂tạo thành ở đktc, H = 80%

b) Clo ở trên tác dụng hết với Fe (đun nóng). Tính lượng muối tạo thành

c) Xác định M (hóa trị 2) biết clo tác dụng vừa đủ 4,8g kim loại M

Gợi ý đáp án

Phương trình hóa học

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂+ 2H₂O

Ta có:

n_{Cl2 lt} = n_MnO2 = 21,75/(55 +16.2) = 0,25 mol

=> n_Cl2 = 0,25.80% = 0,2 mol

=> V_Cl2 = 0,2.22,4 = 4,48 lít

Phương trình hóa học:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

=> n_FeCl3 = 2/3n_Cl2 = 0,4/3 mol

=> m_FeCl3 = 0,4/3.(56 + 35,5.3) = 21,67 gam

M + Cl₂ → MCl₂

=> n_M = n_Cl2 = 0,2 mol

=> M_M = 4,8/0,2 = 24

Vậy M là Mg

Câu 5. Khối lượng este metyl metacrylat thu được là bao nhiêu khi đun nóng 215 gam axit metacrylic với 100 gam ancol metylic, giả thiết hiệu suất phản ứng este hóa đạt 70%

Gợi ý đáp án

Ts có n_(Axit)= 215/86 = 2,5 mol

n_(ancol) = 100/32

Xét tỉ lệ số mol giữa axit và ancol thì ancol dư do đó Phản ứng tính theo số mol axit.

Phương trình hóa học

CH₂=C(CH₃)-COOH + CH₃OH → CH₂=C(CH₃)-COOCH₃+ H₂O.

Với H = 60%

→ n_(este)= 2.5.60% = 1,5.

Khối lượng este là: m_(este) = 1,5.100 = 150 gam

Câu 6. Lên men hoàn toàn m gam glucozơ thành ancol etylic. Toàn bộ khí CO₂ sinh ra trong quá trình này được hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)₂ dư tạo ra 50 gam kết tủa. Nếu hiệu suất của quá trình lên men là 75% thì giá trị của m là:

Gợi ý đáp án

nk_{ết tủa} = 0,5 mol

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ (1)

0,25 ← 0,5

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (2)

0,5 ← 0,5

=> m_{glucozo (thực tế)} = 0,25.180 = 45 gam

H = 75% => m_{glucozo(ban đầu)} = 45.100/75 = 60 gam

Câu 7. Từ 3 tấn quặng pirit (chứa 585 FeS₂ về khối lượng, phần còn lại là các tập chất trơ) điều chế được bao nhiêu tấn dung dịch H₂SO₄ 98%, hiệu suất chung của có quá trình điều chế là 70%.

Gợi ý đáp án

Phương trình phản ứng hóa học xảy ra

4 FeS₂+ 11O₂ → 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

SO₂+ 1/2 O₂→ SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

m_FeS2 = 0,58. 3=1,74(tấn)

m_{(H2SO4, lí thuyết)}= (98.1,74)/ 480 = 0,35525 (tấn)

Vì hiệu suất quá trình điều chế là 70%

Khối lượng H₂SO₄ thực tế thu được là:

m_H2SO4(TT) = 0,35525.70% = 0,248675 (tấn)

Khối lượng dung dịch H₂SO₄98% là

=> m_ddH2SO4 = (0,248675.100)/98 = 0,25375(tấn) = 253,75 (kg)