Вычисления по уравнениям реакций применением понятия

Вычисления по уравнениям реакций с применением понятия
«массовая доля выхода продукта реакции от теоретически возможного»
При проведении химических реакций, как с небольшими количествами веществ (в
лаборатории), так и с большими (в промышленности), происходят потери, и масса практически
получившегося вещества m пр. всегда меньше теоретически ожидаемой согласно уравнению
реакции m теор.
Отношение массы, практически полученной, к массе, теоретически вычисленной,
выраженное в процентах, называется массовой долей выхода продукта реакции и
обозначается ωвых.:
ωвых. = m пр. ∙ 100% / m теор.
При известном выходе из этой формулы можно вычислить практическую массу
продукта (см. например, задачу 2):
m пр. = m теор. ∙ ωвых. / 100%
В практической деятельности чаще требуется получить определенную массу (или объем)
вещества при известной массовой (объемной) доле выхода, а рассчитать в этом случае надо
массу (объем) исходного вещества, которое надо взять для реакции (см. например, задачу 3).
Задача 1. При обжиге 0,5 т пирита, содержащего 48% серного колчедана,
получили 192 кг оксида серы (IV). Рассчитайте массовую долю выхода оксида серы (IV)
от теоретически возможного.
1.
2.
3.
4.
Анализ условия задачи
Что дано?
Масса пирита m (пир.) и массовая доля FeS2 в нем.
Какая реакция происходит при Реакция идет по уравнению:
обжиге?
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
Что
будем
вычислять
по Теоретически ожидаемую массу SO2.
уравнению?
Схема решения
m (пир.) → m (FeS2 ) → m теор. (SO2 ) → ωвых. (SO2)
Запись решения
Дано:
m (пир.) =0,5 т = 500 кг
ω ч.в. (FeS2) = 48%
m пр. (SO2 ) = 192 кг
Решение:
1. m ч.в. (FeS2) = 500 кг ∙ 0,48 = 240 кг
240 кг
m теор. - ?
2. 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
4 моль
ωвых. (SO2) - ?
8 моль
-3
120 ∙ 10 кг/моль
-3
480 ∙ 10 кг
М(FeS2) = 56+32 ∙ 2 =
= 120 ∙ 10-3 кг/моль
М (SO2) = 32 +16 ∙ 2 =
= 64 ∙ 10-3 кг/моль
-3
64 ∙ 10 кг/моль
-3
512 ∙ 10 кг
mтеор.(SO2) = 240 ∙ 512 ∙ 10-3 / 480 ∙ 10-3 кг = 256 кг
3. ωвых. (SO2) = 192 кг ∙ 100% / 256 кг = 75%
4. Ответ: массовая доля выхода оксида серы (IV) составит 75% от
теоретически возможного.
Задача 2. На гашёную известь, взятую в необходимом количестве, подействовали
3,15 кг чистой азотной кислоты. Какую массу нитрата кальция Ca(NO 3)2 получили,
если практический выход в массовых долях составляет 0,98 или 98% по сравнению
с теоретическим?
Анализ условия задачи
Что дано?
Масса вещества, вступившего в реакцию m (HNO3) и
массовая доля выхода продукта реакции Ca(NO3)2 .
Что нужно найти?
Массу продукта, полученного в результате реакции
m пр.(Ca(NO3)2).
Что
для
этого
надо Массу
вещества
согласно
уравнению
реакции
вычислить?
m теор.(Ca(NO3)2):
m теор. - ?
Ca(OН)2 + 2НNO3 = Ca(NO3)2 + 2Н2O
Схема решения
m (НNO3) → m теор.(Ca(NO3)2) по уравнению реакции →
→ m пр.(Ca(NO3)2 )
Запись решения
Дано:
m (НNO3) = 3,15 кг = 3150 г
ω вых. (Ca(NO3)2) = 98% (0,98)
m пр.(Ca(NO3)2 ) - ?
М (НNO3) = 63 г/моль
Решение:
3150 г m теор. - ?
1. Ca(OН)2 + 2НNO3 = Ca(NO3)2 + 2Н2O
2 моль
1 моль
63 г/моль 164 г/моль
126 г
164 г
По уравнению реакции:
m теор.(Ca(NO3)2) = 3150 ∙ 164 / 126 = 4100 г
М (Ca(NO3)2) = 164 г/моль
2. m пр.(Ca(NO3)2 ) = m теор. ∙ ωвых. / 100%
m пр.(Ca(NO3)2 ) = 4100. ∙ 0,98 = 4018 г
3. Ответ: получили 4018 г нитрата кальция.
Задача 3. При электролизе хлорида натрия необходимо получить 23 кг натрия при
массовой доле выхода 98% от теоретически возможного. Вычислите массу
хлорида натрия, нужного для этой цели.
Что дано?
Что нужно найти?
Вычисление
ведем
формуле или уравнению?
Анализ условия задачи
Масса практическая натрия m пр., которая составляет
98% от теоретически возможного.
Массу
исходного
вещества
хлорида
натрия,
вступившего в реакцию, m (NаСl).
по По уравнению:
х
2NаСl → 2Nа + Сl2
2 моль
2 моль
Что
прежде
придется Массу натрия по уравнению реакции, m теор. (Nа)
вычислить, чтобы найти из
этого
уравнения
массу
необходимо
для
реакции
хлорида натрия?
Схема решения
m пр. (Nа) → m теор. (Nа) → m (NаСl)
Запись решения
Дано:
m пр. (Nа) = 23 кг
ω вых. (Nа) = 98% (0,98)
m (NаСl) - ?
Решение:
1. m теор. (Nа) = m пр. (Nа) ∙ 100% / ω вых. (Nа)
m теор. (Nа) = 23 кг ∙ 100% / 98% = 23, 48 кг
2. По уравнению реакции вычисляем массу исходного
вещества:
М (Nа) = 23 ∙ 10-3 кг/моль
М (NаСl) = 58,5 ∙ 10-3 кг/моль
х
2NаСl
2 моль
-3
58,5 ∙ 10 кг/моль
-3
117 ∙ 10 кг/моль
23, 48 кг
→
2Nа
+
Сl2
2 моль
-3
23 ∙ 10 кг/моль
-3
46∙ 10 кг/моль
х = 23, 48 кг ∙ 117 ∙ 10-3 кг/моль / 46∙ 10-3 кг/моль = 59, 72 кг
3. Ответ: для получения 23 кг натрия при 98% - ом выходе
потребуется 59, 72 кг хлорида натрия.