g9k-2.2· Глава 2: Вычисления по формулам и уравнениям· ~13 мин

Вычисления по химическим уравнениям и выход продукта

Стехиометрия и выход реакции (%).

Химическое уравнение показывает мольное соотношение веществ, участвующих в реакции, — это соотношение определяется коэффициентами уравнения. Для расчёта сначала уравнение уравновешивают, затем находят количество вещества (моль) данного вещества (n = m/M или n = V/Vₘ), по соотношению коэффициентов вычисляют количество молей искомого вещества и, наконец, переходят к массе (m = n·M) или, для газа, к объёму (V = n·22,4 л/моль, н.у.). Практический выход (η) — это процентное отношение массы продукта, фактически полученного в лаборатории или на производстве, к теоретически возможной массе продукта: η = (практическая m / теоретическая m) · 100%. Выход никогда не может превышать 100%, потому что реакция не проходит полностью, происходят побочные реакции или потери при сборе продукта.

📌Пример

Например: по уравнению Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ из 160 г Fe₂O₃ теоретически получается 112 г Fe; если практически получено 100,8 г Fe, то выход η = (100,8/112)·100% = 90%.

Ключевые термины

Стехиометрия — Раздел химии, вычисляющий количественные (моль, масса, объём) соотношения веществ, участвующих в реакции, на основе коэффициентов уравнения.

Мольное соотношение — Соотношение, создаваемое коэффициентами сбалансированного уравнения; показывает связь между количествами (моль) исходных веществ и продуктов реакции.

Теоретическая масса продукта — Максимальная масса продукта, которую можно получить при полном превращении данного реагента, согласно стехиометрическому расчёту.

Практический выход (

\eta

) — Процентное отношение фактически полученной в лаборатории или на производстве массы продукта к теоретической массе продукта:

\eta = (m_{\text{практ.}} / m_{\text{теор.}}) \cdot 100\%

Нормальные условия (н.у.) — Условия при температуре

0^\circ\text{C}

и давлении

1

атм; молярный объём газов при н.у. составляет

V_m = 22.4\ \text{л/моль}

Уравнивание (балансировка) уравнения — Подбор правильных коэффициентов, обеспечивающих равенство числа атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения.

Основные формулы стехиометрических расчётов

Величина	Формула	Пояснение
Количество вещества (из массы)	$n = m / M$	$m$ — масса вещества (г), $M$ — молярная масса (г/моль)
Количество вещества (газ, н.у.)	$n = V / 22.4$	$V$ — объём газа (л), $22.4$ л/моль — молярный объём при н.у.
Количество продукта (моль)	$n_{\text{продукт}} = n_{\text{данное}} \cdot \frac{\text{коэфф}_{\text{продукт}}}{\text{коэфф}_{\text{данное}}}$	Коэффициенты дают мольное соотношение, а не массовое
Масса	$m = n \cdot M$	Переход от количества вещества (моль) к массе вещества
Практический выход	$\eta = \frac{m_{\text{практ.}}}{m_{\text{теор.}}} \cdot 100\%$	Всегда $\eta \le 100\%$ ; $\eta > 100\%$ указывает на ошибку в расчёте

Основные формулы, используемые при расчётах по химическим уравнениям, и их применение.

✎Получение железа восстановлением оксида железа(III) монооксидом углерода и расчёт выхода

11. Запиши и уравняй уравнение: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ . Число атомов каждого элемента слева и справа одинаково: Fe (2=2), O (3+3=3·2), C (3=3).
22. Вычисли количество данного вещества: $m(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160$ г, $M(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160$ г/моль. $n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 160 / 160 = 1$ моль.
33. Найди количество продукта по соотношению коэффициентов: Из уравнения: из $1$ моль $\text{Fe}_2\text{O}_3$ получается $2$ моль Fe. $n(\text{Fe}) = 1 \cdot (2/1) = 2$ моль.
44. Вычисли теоретическую массу продукта: $M(\text{Fe}) = 56$ г/моль. $m_{\text{теор.}}(\text{Fe}) = n \cdot M = 2 \cdot 56 = 112$ г.
55. Вычисли практический выход: Практически полученная масса железа $m_{\text{практ.}} = 100.8$ г. $\eta = (100.8 / 112) \cdot 100\% = 90\%$ . Выход реакции составляет $90\%$ .

🚫Частая ошибка

Использовать коэффициенты как массовое соотношение. Коэффициенты в уравнении показывают только мольное соотношение — чтобы сравнить массы веществ, нужно сначала перейти к количеству вещества (моль), затем умножить на молярную массу.

⚠️Внимание

Выход никогда не может быть больше $100\%$ . Если получается $\eta > 100\%$ , значит, либо неверно рассчитана теоретическая масса, либо неправильно измерена практическая масса, либо в полученном продукте содержится примесь.

Правила

1Полностью уравновесьте уравнение: количество атомов каждого элемента должно быть одинаковым в левой и правой частях.
2Вычислите количество молей: для газов используйте n = V/22,4, для твёрдых веществ/жидкостей — n = m/M.
3Коэффициенты дают мольное соотношение веществ — никогда не используйте их как соотношение масс.
4Найдите теоретическую массу продукта: n(продукта) = n(данного) · (соотношение коэффициентов), затем m = n·M.
5Вычислите практический выход: η (%) = (практическая масса / теоретическая масса) · 100%; η ≤ 100%.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

Лёгкий Средний Сложный Микс