Cách để Tính hiệu suất phản ứng hóa học

Trong hóa học, lượng lý thuyết là lượng sản phẩm tối đa mà một phản ứng hóa học có thể tạo ra dựa trên phương trình hóa học. Trên thực tế, hầu hết các phản ứng đều không xảy ra hoàn toàn. Nếu làm thực nghiệm, bạn sẽ thu được lượng sản phẩm ít hơn gọi là lượng thực tế. Bạn có thể tính hiệu suất phản ứng bằng công thức sau: %hiệu suất = (lượng thực tế/ lượng lý thuyết) x 100. Hiệu suất phản ứng 90% nghĩa là phản ứng có năng suất 90%, và 10% nguyên liệu đã bị bỏ phí (chúng không phản ứng, hoặc sản phẩm không thu lại hết).

Phần 1

Phần 1 của 3:

Tìm chất phản ứng hết

Tải về bản PDF

1
Bắt đầu với việc cân bằng phương trình hóa học. Phương trình hóa học mô tả phản ứng giữa các chất phản ứng (bên vế trái) để tạo thành sản phẩm (bên vế phải). Một số bài tập cung cấp sẵn phương trình này, một số khác yêu cầu bạn phải tự viết. Vì nguyên tử không tự sinh ra hay mất đi trong quá trình phản ứng nên mỗi nguyên tố sẽ có cùng số nguyên tử ở cả hai vế.^{[1]XNguồn nghiên cứu}
- Ví dụ, ôxi và glucozơ phản ứng với nhau tạo thành cacbon đioxit và nước: $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$
  Mỗi vế có 6 nguyên tử cacbon (C), 12 nguyên tử hiđro (H) và 18 nguyên tử ôxi (O). Phương trình đã cân bằng.
- Đọc hướng dẫn này nếu đề bài yêu cầu cân bằng phương trình.
2
Tính khối lượng mol của mỗi chất phản ứng. Tìm khối lượng mol của mỗi nguyên tử trong hợp chất, sau đó cộng lại để có khối lượng mol của hợp chất. Tìm khối lượng mol cho một phân tử của hợp chất.
- Ví dụ, một phân tử ôxi ( $O_{2}$ ) có hai nguyên tử ôxi.
- Khối lượng mol của ôxi là 16 g/mol. (Bạn có thể tìm giá trị chính xác hơn trên bảng tuần hoàn).
- 2 nguyên tử ôxi x 16 g/mol = 32 g/mol, khối lượng mol của phân tử $O_{2}$ .
- Ví dụ một chất phản ứng khác, glucozơ ( $C_{6}H_{12}O_{6}$ ) có khối lượng mol là (6 nguyên tử C x 12 g C/mol) + (12 nguyên tử H x 1 g H/mol) + (6 nguyên tử O x 16 g O/mol) = 180 g/mol.
3
Đổi khối lượng mỗi chất phản ứng từ gam sang mol. Bây giờ là lúc xem xét thí nghiệm chúng ta đang làm. Ghi lại khối lượng mỗi chất phản ứng theo gam, chia giá trị này cho khối lượng mol của hợp chất để được số mol.^{[2]XNguồn nghiên cứu}
- Ví dụ, giả sử bạn có 40 gam ôxi và 25 gam glucozơ.
- 40 g $O_{2}$ / (32 g/mol) = 1,25 mol ôxi.
- 25g $C_{6}H_{12}O_{6}$ / (180 g/mol) = khoảng 0,139 mol glucozơ.
4
Tìm tỷ lệ phản ứng. Nhớ rằng, mol là đại lượng được các nhà hóa học sử dụng để "đếm" phân tử. Bây giờ bạn đã biết số phân tử của mỗi chất phản ứng ban đầu. Lập tỷ lệ số mol của chất phản ứng này với chất phản ứng khác để được tỷ lệ của hai phân tử.
- Ban đầu bạn có 1,25 mol ôxi và 0,139 mol glucozơ. Tỷ lệ của phân tử ôxi với phân tử glucozơ là 1,25 / 0,139 = 9,0. Nghĩa là bạn có 9 phân tử ôxi cho mỗi phân tử glucozơ.
5
Tìm tỷ lệ lý tưởng của phản ứng. Xem lại phương trình cân bằng đã viết trên đây. Phương trình cân bằng này cho biết tỷ lệ phân tử lý tưởng: nếu bạn sử dụng tỷ lệ này, cả hai chất phản ứng sẽ được sử dụng hết cùng một lúc.
- Vế trái của phương trình là $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ . Các hệ số cho biết có 6 phân tử oxy và 1 phân tử glucozơ. Vậy tỷ lệ lý tưởng của phản ứng này là 6 ôxi / 1 glucozơ = 6,0.
- Nhớ sắp xếp các chất phản ứng theo đúng thứ tự cho hai tỷ lệ. Nếu bạn sử dụng tỷ lệ ôxi/glucozơ cho phản ứng lý thuyết và tỷ lệ glucozơ/ôxi cho lượng chất thực tế thì kết quả sau đó sẽ sai.
6
So sánh tỷ lệ để tìm ra chất phản ứng hết. Trong phản ứng hóa học, sẽ có một trong các chất phản ứng được sử dụng hết trước các chất khác. Chất phản ứng hết này xác định thời gian phản ứng hóa học xảy ra. So sánh hai tỷ lệ mà bạn tính được để xác định chất phản ứng hết: ^{[3]XNguồn nghiên cứu}
- Nếu tỷ lệ thực tế lớn hơn tỷ lệ lý tưởng thì bạn có nhiều chất phản ứng trên hơn cần thiết. Chất phản ứng dưới trong tỷ lệ chính là chất phản ứng hết.
- Nếu tỷ lệ thực tế nhỏ hơn tỷ lệ lý tưởng thì bạn không có đủ chất phản ứng trên, vì vậy nó là chất phản ứng hết.
- Trong ví dụ trên, tỷ lệ thực tế của oxi/glucozơ (9,0) lớn hơn tỷ lệ lý tưởng (6,0) nên chất phản ứng dưới, glucozơ, là chất phản ứng hết.
Quảng cáo

Phần 2

Phần 2 của 3:

Tính lượng lý thuyết

Tải về bản PDF

1
Nhận biết sản phẩm mong muốn. Vế phải của phương trình hóa học là các sản phẩm được tạo thành từ phản ứng. Mỗi sản phẩm đều có lượng lý thuyết, nghĩa là lượng sản phẩm bạn mong muốn thu được nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn.
- Tiếp tục với ví dụ trên, bạn đang phân tích phản ứng $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$ . Vế phải có hai sản phẩm là cacbon đioxit và nước. Tính lượng cacbon đioxit, $CO_{2}$ .
2
Ghi lại số mol của chất phản ứng hết. Lượng lý thuyết là lượng sản phẩm được tạo ra trong điều kiện hoàn hảo. Để tính giá trị này, ta bắt đầu với số mol chất phản ứng hết. (Số mol này đã được hướng dẫn tìm trong mục tìm chất phản ứng hết).
- Trong ví dụ trên, bạn biết glucozơ là chất phản ứng hết vì vậy bạn sẽ bắt đầu tính với 0,139 mol glucozơ.
3
Tìm tỷ lệ các phân tử trong sản phẩm và chất phản ứng. Trở lại phương trình cân bằng, bạn lấy số phân tử chất phản ứng hết chia cho số phân tử sản phẩm mong muốn.
- Phương trình cân bằng là $6O_{2}+C_{6}H_{12}O_{6}$ → $6CO_{2}+6H_{2}O$ . Có 6 phân tử sản phẩm mong muốn là cacbon đioxit ( $CO_{2}$ ). Có 1 phân tử chất phản ứng hết là glucozơ ( $C_{6}H_{12}O_{6}$ ).
- Tỷ lệ của cacbon đioxit và glucozơ là 6/1 = 6. Nói cách khác, phản ứng tạo ra 6 phân tử cacbon đioxit từ một phân tử glucozơ.
4
Nhân tỷ lệ này với số mol chất phản ứng. Kết quả thu được là lượng lý thuyết của sản phẩm mong muốn theo mol.
- Với 0,139 mol glucozơ và tỷ lệ của cacbon đioxit và glucozơ là 6. Vậy lượng lý thuyết của cacbon đioxit là (0,139 mol glucozơ) x (6 mol cacbon đioxit / mol glucozơ) = 0,834 mol cacbon đioxit.
5
Chuyển kết quả sang gam. Nhân số mol với khối lượng mol của hợp chất ta tìm được lượng lý thuyết theo gam. Đây là đơn vị thuận tiện để sử dụng trong các thí nghiệm.
- Ví dụ, khối lượng mol của CO₂ là 44 g/mol. (Khối lượng mol của cacbon là ~12 g/mol và của ôxi là ~16 g/mol, vậy tổng cộng là 12 + 16 + 16 = 44.)
- Lấy 0,834 mol CO₂ x 44 g/mol CO₂ = ~36,7 gam. Vậy lượng lý thuyết của ví dụ này là 36,7 gam CO₂.
Quảng cáo

Phần 3

Phần 3 của 3:

Tính hiệu suất phần trăm

Tải về bản PDF

1
Hiểu hiệu suất phần trăm là gì. Lượng lý thuyết mà bạn vừa tính là lượng chất thu được khi mọi thứ diễn ra hoàn hảo. Trong thí nghiệm thực tế, điều này không bao giờ xảy ra: tạp chất và các vấn đề không lường trước sẽ khiến chất phản ứng không chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm. Đó là lý do tại sao các nhà hóa học sử dụng ba khái niệm khác nhau để chỉ sản lượng:
- Lượng lý thuyết là lượng sản phẩm tối đa mà phản ứng thu được.
- Lượng thực tế là lượng sản phẩm thực tế thu được, và được đo lường trực tiếp trên cân.
- Hiệu suất phần trăm = ${\frac {\text{Lượng Thực Tế}}{\text{Lượng Lý Thuyết}}}*100\%$ . Ví dụ, hiệu suất phần trăm là 50%, nghĩa là lượng sản phẩm thu được chỉ bằng 50% lượng lý thuyết.
2
Ghi lại lượng thực tế của thí nghiệm. Nếu bạn tự mình thực hiện thí nghiệm, hãy thu sản phẩm tinh khiết và đem cân để tìm khối lượng của nó. Nếu bạn làm bài tập về nhà thì đề bài sẽ cho lượng thực tế.
- Giả sử lượng thực tế của sản phẩm CO₂ là 29 gam.
3
Lấy lượng thực tế chia cho lượng lý thuyết. Nhớ sử dụng cùng đơn vị cho cả hai giá trị (thường là gam). Kết quả sẽ là một giá trị không có đơn vị.
- Lượng thực tế là 29 gam trong khi lượng lý thuyết là 36,7 gam. ${\frac {29g}{36,7g}}=0,79$ .
4
Chuyển thành phần trăm bằng cách nhân với 100. Đây là hiệu suất phần trăm.
- 0,79 x 100 = 79, vậy hiệu suất phần trăm của thí nghiệm này là 79%. Bạn tạo được 79% của lượng CO₂ tối đa theo lý thuyết.
Quảng cáo

Lời khuyên

Một số người nhầm lẫn hiệu suất phần trăm (lượng thu được thực tế trong tổng số có thể thu được) với sai số phần trăm (độ sai lệch của kết quả thí nghiệm so với kết quả mong muốn). Công thức tính hiệu suất phần trăm chính xác là ${\frac {\text{Lượng Thực Tế}}{\text{Lượng Lý Thuyết}}}*100$ . Nếu bạn lấy hai lượng này trừ cho nhau thì đó chính là công thức tính sai số phần trăm.
Nếu bạn nhận được kết quả bất thường thì hãy kiểm tra đơn vị. Nếu lượng thực tế lớn hơn lượng lý thuyết thì bạn đã sử dụng sai đơn vị trong các phép tính. Làm lại các phép tính và nhớ phải kiểm tra kỹ đơn vị của từng phép tính.
Nếu hiệu suất phần trăm lớn hơn 100% (và bạn chắc chắn rằng các phép tính đều đúng) thì có thể sản phẩm của bạn không được tinh khiết. Bạn cần phải làm sạch sản phẩm (như đem sấy khô hoặc lọc) và đem cân lại.