Выход есть! Решение задач с массовой долей выхода продуктов

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

При обучении учащихся решению расчётных задач по химии учителя сталкиваются с рядом проблем

• решая задачу, учащиеся не понимают сущности задач и хода их решения;
• не анализируют содержание задачи;
• не определяют последовательность действий;
• неправильно используют химический язык, математические действия и обозначение физических величин и др.;

Преодоление этих недостатков является одной из главных целей, который ставит перед собой учитель, приступая к обучению решению расчетных задач.

Задача учителя состоит в том, чтобы научить учащихся анализировать условия задач, через составление логической схемы решения конкретной задачи. Составление логической схемы задачи предотвращает многие ошибки, которые допускают учащиеся.

Цели урока:

• формирование умения анализировать условие задачи;
• формирование умения определять тип расчетной задачи, порядок действий при ее решении;
• развитие познавательных, интеллектуальных и творческих способностей.

Задачи урока:

• овладеть способами решения химических задач с использованием понятия “массовая доля выхода продукта реакции от теоретического”;
• отработать навыки решения расчетных задач;
• способствовать усвоению материала, имеющего отношение к производственным процессам;
• стимулировать углубленное изучение теоретических вопросов, интерес к решению творческих задач.

Ход урока

Определяем причину и сущность ситуации, которые описываются в задачах “на выход продукта от теоретического”.

В реальных химических реакциях масса продукта всегда оказывается меньше расчетной. Почему?

• Многие химические реакции обратимы и не доходят до конца.
• При взаимодействии органических веществ часто образуются побочные продукты.
• При гетерогенных реакциях вещества плохо перемешиваются, и часть веществ просто не вступает в реакции.
• Часть газообразных веществ может улетучиться.
• При получении осадков часть вещества может остаться в растворе.

Вывод:

• масса теоретическая всегда больше практической;
• объём теоретический всегда больше объёма практического.

Теоретический выход составляет 100%, практический выход всегда меньше 100%.

Количество продукта, рассчитанное по уравнению реакции, — теоретический выход, соответствует 100%.

Доля выхода продукта реакции ( — “этта”) — это отношение массы полученного вещества к массе, которая должна была бы получиться в соответствии с расчетом по уравнению реакции.

Три типа задач с понятием “выход продукта”:

1. Даны массы исходного вещества и продукта реакции. Определить выход продукта.

2. Даны массы исходного вещества и выход продукта реакции. Определить массу продукта.

3. Даны массы продукта и выход продукта. Определить массу исходного вещества.

Задачи.

1. При сжигании железа в сосуде, содержащем 21,3 г хлора, было получено 24,3 г хлорида железа (III). Рассчитайте выход продукта реакции.

2. Над 16 г серы пропустили водород при нагревании. Определите объем (н.у.) полученного сероводорода, если выход продукта реакции составляет 85% от теоретически возможного.

3. Какой объём оксида углерода (II) был взят для восстановления оксида железа (III), если получено 11,2г железа с выходом 80% от теоретически возможного.

Анализ задач.

Каждая задача складывается из совокупности данных (известные вещества) – условия задачи (“выход” и т.п.) – и вопроса (вещества, параметры которых требуется найти). Кроме этого, в ней есть система зависимостей, которые связывают искомое с данными и данные между собой.

Задачи анализа:

1) выявить все данные;

2) выявить зависимости между данными и условиями;

3) выявить зависимости между данным и искомым.

Итак, выясняем:

1. О каких веществах идет речь?

2. Какие изменения произошли с веществами?

3. Какие величины названы в условии задачи?

4. Какие данные – практические или теоретические, названы в условии задачи?

5. Какие из данных можно непосредственно использовать для расчётов по уравнениям реакций, а какие необходимо преобразовать, используя массовую долю выхода?

Алгоритмы решения задач трёх типов:

Определение выхода продукта в % от теоретически возможного. 

1. Запишите уравнение химической реакции и расставьте коэффициенты.

2. Под формулами веществ напишите количество вещества согласно коэффициентам.

3. Практически полученная масса известна.

4. Определите теоретическую массу.

5. Определите выход продукта реакции (%), отнеся практическую массу к теоретической и умножив на 100%.

6. Запишите ответ.

Расчет массы продукта реакции, если известен выход продукта.

1. Запишите “дано” и “найти”, запишите уравнение, расставьте коэффициенты.

2. Найдите теоретическое количество вещества для исходных веществ. n =

3. Найдите теоретическое количество вещества продукта реакции, согласно коэффициентам.

4. Вычислите теоретические массу или объем продукта реакции.

m = M _* n или V = V_m* n

5. Вычислите практические массу или объем продукта реакции (умножьте массу теоретическую или объем теоретический на долю выхода).

Расчет массы исходного вещества, если известны масса продукта реакции и выход продукта.

1. По известному практическому объёму или массе, найдите теоретический объём или массу (используя долю выхода продукта).

2. Найдите теоретическое количество вещества для продукта.

3. Найдите теоретическое количество вещества для исходного вещества, согласно коэффициентам.

4. С помощью теоретического количества вещества найдите массу или объем исходных веществ в реакции.

Домашнее задание.

Решите задачи:

1. Для окисления оксида серы (IV) взяли 112 л (н.у.) кислорода и получили 760 г оксида серы (VI). Чему равен выход продукта в процентах от теоретически возможного?

2. При взаимодействии азота и водорода получили 95 г аммиака NH₃ с выходом 35%. Какие объёмы азота и водорода были взяты для реакции?

3. 64,8 г оксида цинка восстановили избытком углерода. Определите массу образовавшегося металла, если выход продукта реакции равен 65%.

urok.1sept.ru

Учебно-методический материал по химии (9 класс) по теме: Расчетные задачи типа «Определение выхода продукта реакции в процентах от теоретического».

Урок №20.  Расчетные задачи типа «Определение выхода про­дукта реакции в процентах от теоретического».

Признак

В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.

Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.

Доля выхода продукта обозначается буквой    (эта), измеряется в процентах или долях.

m практическая                  х100%     

         =        m теоретичееская

V практический                  х100%

         =        V теоретичееский

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

m (Mg) = 1,2 г

m практическая (MgSO4) = 5,5 г

_____________________

Найти: =?

2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ

M(Mg) = 24 г/моль

M(MgSO4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

ν(Mg) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль

5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции

m = ν · M

mтеор (MgSO4) = M(MgSO4) · νтеор (MgSO4) =

= 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г

6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле

(MgSO4)=(5,5г ·100%)/6г=91,7%

Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

m(CaO) = 16,8 г

 =80% или 0,8

_________________

Найти:

m практ (CaC2) = ?

2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ

M(CaO) = 40 + 16 = 56 г/моль

M(CaC2) = 40 + 2 · 12 = 64г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

ν(CaO)=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль

5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции

6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле

m практич (CaC2) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г

Ответ: m практич (CaC2) = 15,36 г

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано: н. у.

Vm = 22,4 л/моль

Vпрактич(CO2) = 28,56 л

 = 85% или 0,85

____________________

Найти:

m(Na2CO3) =?

2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо

M (Na2CO3) =2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль

3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы:

Vтеоретич(CO2) =

= 28,56 л / 0,85 = 33,6 л

ν(CO2) = 33,6 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,5 моль

4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

5. Находим количество вещества реагента по УХР

По УХР:

, следовательно

ν(Na2CO3) = ν(CO2) = 1,5 моль

5. Определяем массу (объём) реагента по формуле:

m = ν · M

V = ν · Vm    m = ν · M   m(Na2CO3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

ДЗ

№1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

№2. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3. Определите, какая масса мели вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

ДЗ

№1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

№2. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3. Определите, какая масса мели вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

nsportal.ru

Учебно-методический материал по химии (9 класс) по теме: Решение расчетных задач типа «Определение выхода продукта реакции в процентах от теоретического».

Урок №20.  Расчетные задачи типа «Определение выхода про­дукта реакции в процентах от теоретического».

Признак

В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.

Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.

Доля выхода продукта обозначается буквой    (эта), измеряется в процентах или долях.

m практическая                  х100%     

         =        m теоретичееская

V практический                  х100%

         =        V теоретичееский

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

m (Mg) = 1,2 г

m практическая (MgSO4) = 5,5 г

_____________________

Найти: =?

2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ

M(Mg) = 24 г/моль

M(MgSO4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

ν(Mg) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль

5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции

m = ν · M

mтеор (MgSO4) = M(MgSO4) · νтеор (MgSO4) =

= 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г

6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле

(MgSO4)=(5,5г ·100%)/6г=91,7%

Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано:

m(CaO) = 16,8 г

 =80% или 0,8

_________________

Найти:

m практ (CaC2) = ?

2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ

M(CaO) = 40 + 16 = 56 г/моль

M(CaC2) = 40 + 2 · 12 = 64г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

ν(CaO)=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль

5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции

6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле

m практич (CaC2) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г

Ответ: m практич (CaC2) = 15,36 г

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

1. Записываем краткое условие задачи

Дано: н. у.

Vm = 22,4 л/моль

Vпрактич(CO2) = 28,56 л

 = 85% или 0,85

____________________

Найти:

m(Na2CO3) =?

2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо

M (Na2CO3) =2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль

3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы:

Vтеоретич(CO2) =

= 28,56 л / 0,85 = 33,6 л

ν(CO2) = 33,6 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,5 моль

4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

5. Находим количество вещества реагента по УХР

По УХР:

, следовательно

ν(Na2CO3) = ν(CO2) = 1,5 моль

5. Определяем массу (объём) реагента по формуле:

m = ν · M

V = ν · Vm    m = ν · M   m(Na2CO3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

ДЗ

№1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

№2. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3. Определите, какая масса мели вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

Первый тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

Второй тип задач – Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

Третий тип задач – Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

ДЗ

№1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

№2. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

№3. Определите, какая масса мели вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

№4. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

nsportal.ru

4 Теоретический выход целевого продукта.

Теоретический выход рассчитывают по основному веществу, находящемся в недостатке, т.е. по сульфаниловой кислоте:

1 моль NH₂C₆H₄SO₂OH ― 1 моль C₁₆H₁₁N₂SO₃H

0,026 моль NH₂C₆H₄SO₂OH ― x моль C₁₆H₁₁N₂SO₃H

x = 0,026 моль

Молекулярная масса 2-нафтолоранжевого красителя: 350 г/моль

m_(теор)=n×M_r=0,026_моль×350_г/моль=9,1г

5 Ожидаемый выход целевого продукта

По методике, масса выхода красителя составляет 8г.

4,3 г ― 8 г

4,5 г ― x г

x = = 8,37г

Значит, ожидаемый выход продукта 8,37г.

9,1г ― 100%

8,37г ― x%

x = = 91,98%

6 Описание хода синтеза

а) Диазотирование

В стакане емкостью 100 см³ растворяли при легком нагревании 4,3 г кристаллической сульфаниловой кислоты в 12,5 см³ 2н раствора едкого натра. Поскольку сульфаниловая кислота плохо растворима в воде, ее перевели в растворимую натриевую соль.

После растворения всей кислоты жидкость имела щелочную реакцию (по лакмусу). Полученный раствор охлаждили водой, добавили 2,1 г азотистокислого натрия в 25 см³ воды и перемешали до полного его растворения. Далее раствор охлаждили льдом и прилили его при помешивании в стакан емкостью 500 см³ , содержащий 12,5 см³ 2н раствора соляной кислоты. Через несколько минут выделился белый порошкообразный осадок соли диазония в виде биполярного иона: (диазотированная сульфаниловая кислота).

Полученный продукт не отделяли, а использовали в виде взвеси. Он более устойчив, чем другие соли диазония, и может храниться несколько часов.

б) Азосочетание

В стакане растворили 2 г едкого натра в 40 см³ воды, в полученный раствор внесли 3,6 г 2-нафтола и прилили при перемешивании взвесь диазотированной сульфаниловой кислоты. Перемешивание продолжали в течение 30 минут. Затем для уменьшения растворимости красителя прибавили 25 г хлористого натрия и оставили стоять стакан на льду 1 час, время от времени перемешивая смесь.

7 Схемы приборов и установок.

Рис. 1 – Прибор для вакуумного фильтрования.

1 – колба Бунзена, 2 – воронка Бюхнера, 3 – вакуумный шланг; 4 – предохранительная склянка (склянка Вульфа), 5 – воздушный кран.

8 Выделение и очистка сырого продукта. Контроль чистоты.

Выпавший оранжевого цвета краситель отфильтровали на приборе для вакуум-фильтрования (рис.1), промыли небольшим количеством холодной воды, плотно отжали на воронке, сняли с фильтра и сушили на воздухе. Определили массу полученного продукта: m(2-нафтолоранжевый)=11,56г

9 Подтверждение строения полученного соединения.

2-нафтолоранжевый краситель

10 Практический выход продукта

В ходе опыта получена следующая масса продукта:

m_{вых 2-метилоранжевого}=11,56 г

m_{теор ― 100%}

m_{вых ―} x %

x = = 95%

Выводы:

1.Получен 2-нафтолоранжевый краситель.

2.Изучены условия реакций диазотирования и азосочетания.

Список использованных источников

1. Синтезы. Методические указания к лабораторным занятиям по курсу «Органическая химия» для студентов всех технологических специальностей дневной и заочной форм обучения. (УИРС) /Могилевский государственный университет продовольствия; сост. Г.Н. Роганов, О.М. Баранов. – Могилев, 2006. – 57 с.

studfile.net

Урок 14. Выход продукта реакции – HIMI4KA

В прошлом уроке мы научились, как правильно составлять полные уравнения химических реакций, которые используются главным образом для расчета ожидаемого выхода (количества продуктов) реакции и для определения того, останется ли в избытке какой-либо из реагентов после израсходования других реагентов. В уроке 14 «Выход продукта реакции» мы только и будем, что вычислять количество продукта реакции с помощью вышеупомянутых полных химических уравнений. Меньше слов — больше дела! Переходим сразу к разбору задач на выход продукта реакции.

Задачи на выход продукта реакции

Пример 1. Сколько граммов водорода требуется для соединения со 100,0 г углерода в реакции получения бензола, C6H6? Произведите расчет выхода продукта реакции?

Решение:

Для начала составим полное уравнение реакции образования C₆H₆ из С и H₂:

Готово! Для тех кто забыл напоминаю, что вещества в левой части химического уравнения называются реагентами, а в правой части – продуктами. В нашем случае реагентами будут углерод C и водород H, а бензол C₆H₆ является продуктом реакции. Определим число молей углерода, вступающих в реакцию. По условию задачи в реакции участвует 100 г углерода, а из таблицы Менделеева нам известно, что масса одного моля углерода составляет 12,011 г/моль. Следовательно, чтобы найти число молей в 100 г углерода, следует:

• 100,0 г углерода / 12,011 г/моль = 8,326 моля углерода

Еще раз взгляните на полное уравнение реакции, обращая свое внимание на коэффициенты перед C и H₂. Нетрудно заметить, что число молей водорода в реакции участвует в два раза меньше, чем число молей углерода. Поэтому делим 8,326 на 2 и получаем 4,163 моля H₂, которые нам понадобятся для осуществления реакции. А теперь вычислим массу 4,163 молей H₂:

• 4,163 моля × 2,016 г/моль = 8,393 г водорода

Находим молярную массу бензола C₆H₆:

• (6×12,011 г/моль) + (6×1,008 г/моль) = 78,11 г/моль

Из уравнения реакции следует, что количество молей бензола в 6 раз меньше, чем углерода, т.е 8,326/6 = 1,388 моля C₆H₆. Следовательно, масса образующегося бензола равно:

• 1,388 моля × 78,11 г/моль = 108,4 г бензола

Можно убедиться в правильности наших вычислений, сложив полученные массы реагентов: 100,0 г углерода + 8,4 г водорода = 108,4 г бензола. Закон сохранения массы соблюдается, значит мы вычислили количество продукта реакции верно.

Пример 2. Для получения сульфида серебра Ag₂S, химичка дала 10,00 г серебра и 1,00 г серы. Сколько граммов Ag₂S можно получить в ходе реакции? Какое из исходных веществ останется в избытке и в каком количестве?

Решение:

Составим полное уравнение реакции, а под ним запишем соответствующие массы реагентов и продукта, пользуясь молярными массами:

•  2Ag     +     S     →    Ag₂S
• 215,7 г + 32,06 г  =   247,8 г

Далее определяем необходимое количество S для реакции с 10,00 г Ag. Для этого сначала вычисляем сколько серы прореагирует с 1 г серебра:

• 32,06 г S / 215,7 г Ag = 0,1486 г S

Теперь вычисляем сколько S вступит в реакцию с 10 г Ag:

• 0,1486 г S × 10,00 г Ag = 1,486 г S

Но химичка дала нам лишь 1,00 г серы, а значит не все имеющееся серебро прореагирует. Тогда попробуем подойти к задаче с другой стороны: можно сказать, что количество серебра, необходимое для полной реакции с 1,00 г серы, должно быть равно:

• (215,7 г Ag / 32,06 г S) × 1,00 г S = 6,73 г Ag

Так как на реакцию с 1 г S требуется лишь 6,73 г Ag₂S из 10 г имеющихся, то 3,27 г Ag останется непрореагировавшим. Теперь можно ответить и на вопрос, какое количество Ag₂S образуется в итоге:

• (247,8 г Ag₂S / 32,06 г S) × 1,00 г S = 7,73 г Ag₂S

Вы наверняка отметили, что задача была решена не стандартным способом, как в примере 1. Для решения этого примера использовался метод весовых отношений. Пользуясь им можно быстро решать подобные задачи, но проще запутаться, если вы не абсолютно уверены в своих действиях.

А теперь рассмотрим решение этой задачи обычным методом, основанным на использовании молей:

Сперва найдем число молей Ag и S, имеющихся в наличии:

• 10,00 г / 107,9 г/моль = 0,0927 моля Ag содержится в 10,00 г
• 1,00 г / 32,06 г/моль = 0,0312 моля S содержится в 1,00 г

Хорошо! Поскольку в уравнении реакции указано, что на 1 моль S расходуется 2 моля Ag, то умножим 0,0312×2 и получим 0,0624 моля Ag, а 0,0303 моля Ag останутся неиспользованными. Таким образом, 0,0312 моля серы должно прореагировать с 0,0624 моля серебра с образованием 0,0312 моля Ag₂S. Переведем эти количества молей снова в граммы:

• 0,0303 моля Ag × 107,9 г/моль = 3,27 г Ag в избытке
• 0,0312 моля Ag₂S × 247,8 г/моль = 7,73 г Ag₂S образуется

Ответ такой же, как в методе весовых отношений. Метод молей трудоемок, но более надежнее. Советую пользоваться именно методом молей, пока вы полностью не освоите химические расчеты.

Надеюсь из урока 14 «Выход продукта реакции» вы усвоили для себя насколько просто рассчитать выход реакции. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

himi4ka.ru

7.Расчет теоретического выхода продукта.

Необходимо рассчитать количество компонентов питательной среды для накопления 1 кг молочнокислых бактерий.

1.Уравнение баланса по органогенным элементам.

CH_mO+aNH₃+bCb—>УсСН ₈О₆ N₄ +(1-у_с)С0₂+сН₂0

2.Составляем предварительно рецептуру синтетической питательной среды для выращивания биомассы.

Компонент «С» — сахароза,

компонент «N» — NH₄N0₃,

компонент «О» — кислород воздуха,

компонент «Р» — фосфор,

компонент «S» — сера.

3.Составим стехиометрическое уравнение.

V_aA+ V_B B V_cC+V_DD+V_HAH

4.Для расчета стехиометрических коэффециэнтов составим формулу биомассы молочнокислых бактерий

Элементарный состав биомассы: С — 53%, Н — 7%, N — 12%, О — 20%, Р — 3%, S — 1%, и золы — 4%. В первом приближении формула биомассы бактерий имеет вид: C_4.42H₇O_1.25N_0.86P_0.1S_0.03— В гипотетической молекуле биомассы не может быть дробных атомов, поэтому умножим коэффициенты на 100: C₄₄₂H₇₀₀O₁₂₅N₈₆P₁₀S₃— В стехиометрических расчётах допускается пренебрегать малоколичественными элементами (Р, S). Для расчётов принимают молекулярную массу такой, чтобы в ней оказался 1 г атом углерода. Для этого поделим на 442:

С₁Н_1.58O_0.19N_0.23

5.Производим расчёт С — моля биомассы молочнокислых бактерий.

ММ_{с — моль}=n_сММ_с+ n_нММ_н+n_оММ_о+ n_NMM_N

ММ_С-моль=1* 12+1,58*1+0,19* 16+0,23*14=19,84

Расчёт С — моля субстрата определяют исходя из формулы сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ так же как и для С — моля биомассы. После деления коэффициентов на 12 она имеет вид: C₁H_1.83O_0.92. Тогда молярная масса С — моля сахарозы, равна:

ММ’_с-моль⁼ 1 * 12+1,83 *1+ О,92* 16=28,55

6.Определяем теоретический выход биомассы по формуле:

Y= ММ_{С — моль}/ ММ’ _{с –моль}

Подставив численные значения получим:

Y=19,84/28,55=0,695

7.Фактический выход биомассы и реальных условий меньше и составляет обычно около 0,5.

8.Для определения количества субстрата затрачиваемого биомассой на энергетические нужды рассчитаем энергетический выход биомассы по формуле:

n=у_s/у_х

где y_s, у_х— энергия, заключенная в субстрате и биомассе соответственно. Расчёт величин y_s и у_х осуществляем, используя степень восстановленности по основным элементам углероду, водороду, кислороду и азоту.

9.Степень восстановленности С — моля сахарозы рассчитаем по формуле: y_s=4m+ln-2p-3q

где, 4, 1, 2, 3 — числа свободных электродов, соответственно С, Н, О, N; , m, n, q,р — индексы атомов при углероде, водороде, кислороде и азоте соответственно.

Подставив численные значения, получим:

y_s=4* 1+1 *1,83-2*0,92=3,99.

Аналогично рассчитаем степень восстановления биомассы:

у_х=4*1+1*1,58-2*0,19-3*0,23=4,51

Рассчитаем энергетический выход:

n=3,99/4,51=0,885.

От этой величины можно перейти к обычному выходу биомассы:

Y_Б.М. = n * ММ_с-моль/ ММ_с-моль

Y_Б.М.=0,885* 19,84/28,55=0,615

10.Составляем стехиометрическое уравнение для синтеза биомассы молочнокислых бактерий, исходя из теоретического выхода биомассы Y_Б.М.⁼0,615, т.е из 1 кг сахарозы образуется 0,615 кг биомассы. Принимаем что соотношение биомассы и молочной кислоты в результате биосинтеза составляет 1:3,тогда из 1 кг сахарозы образуется 0,17375 кг биомассы и 0,52125 кг молочной кислоты.

У_s[сахароза] Х+ У_р[молочная кислота]

1000/342[сахароза]-* 173,75[биомасса]/19,84+521,25[молочная кислота]/90

2,92[S] 8,76[Х]+5,79[Р]

0,333[S] [X]+0,661[P]

Значения индексов для Сахаров (С₁₂Н₂₂О₁₁ ,):M_s=12; N_s=22; P_s=l 1. Значения индексов для молочной кислоты (С₃Н₆0₆): m_р=3; n_р=6; р_р=3. Общее стехиометрическое соотношение обмена веществ имеет вид:

V_s[S] +V₀₂[O₂]+ NH₃[NH₃] X+V_p[P]+V_CO2[C0₂]+V_h3o[H₂0]

Тогда уравнение баланса будет иметь вид:

V_s*M_s=l+V_p*m_p+V_CO2

V_s*N_s+V_Nh4*3=l,8+V_P*nP+V_h30*2

V_s*P_s⁺V_O2*2=0,5+V_p*P_p+V_CO2*2+V_h3o*1

V_s*g_s+V_Nh4 =0,2+V_p*g_p

Подставив численные значения, получим:

0,333*12=1+0,661*3+V_CO2

0,333*22+V_Nh4*3=1,8+0,661*6+V_h30*2

0,333*11+V_O2*2=0,5+0,661 *3+V_CO2*2+V_h3o*l

0,333*0+V_Nh4 =0,2+0,661*0

V_СО2=1,013

2*V_Н2О-3*V_nh4=1,56

2*V₀₂— V_Н2О=0,846

V_NH3=0,2

V_CO2=l,013

V_h3O=1,08

V_O2=0,963

V_Nh4=0,2

Общее стехиометрическое соотношение обмена веществ имеет вид:

0,33 [С₁₂Н₂₂О₁₁] +0,963 [0₂]+ 0,2[NH₃] С₁Н₂₁,₅₈О_0,19N_0,23 +0,661[С₃Н₆О₃]+

+1,013 [С0₂]+1,08 [Н₂0]

11.Чтобы получить 1 кг молочной кислоты, необходимо

n=m/M= 1000кг/90кг/кмоль= 11,11 кмоль

По уравнению реакции имеем, что количество:

n[С₁₂Н₂₂О₁₁] — 5,597; n[0₂]=16,19кмоль; n[NН₃]=3,36кмоль

12.Зная содержание сахарозы в мелассе(52%),получим:

n[С₁₂Н₂₂О₁₁] — 5,597*342=1941,174кг.

тогда

m[мелассы]= 100* 1914,174/52=3681,1 кг.

13.Зная содержание NH₃ в NH₄N0₃, рассчитаем массу NH₄NO₃:

m[NH₃]=0,23 * 17=3,91 кг,

тогда

17/80=3,91/ m[NH₄N0₃],=> m[NH₄N0₃]=18,4 кг.

14.Масса кислорода 16,19*32=518,08 кг. Источником кислорода служит воздух. Содержание кислорода в воздухе составляет 23,3%(масс.)

m_O2=518,08*100/23,3=2223,5 кг

Плотность воздуха при 0°С равна р= 1,293, тогда при 20°С: р=1,293*(273/273+20)

р= 1,205 кг/м³

Необходимый объем воздуха:

V= m_O2/p

V=2223,5/1,205=1845,2м³

studfile.net

Решение расчётных задач на выход

Решение расчётных задач на тему:

« Массовая и объёмная доля выхода продукта реакции от теоретически возможного».

При обучении учащихся решению расчётных задач по химии учителя сталкиваются с рядом проблем

• решая задачу, учащиеся не понимают сущности задач и хода их решения;

• не анализируют содержание задачи;

• не определяют последовательность действий;

• неправильно используют химический язык, математические действия и обозначение физических величин и др.;

Преодоление этих недостатков является одной из главных целей, который ставит перед собой учитель, приступая к обучению решению расчетных задач.

Задача учителя состоит в том, чтобы научить учащихся анализировать условия задач, через составление логической схемы решения конкретной задачи. Составление логической схемы задачи предотвращает многие ошибки, которые допускают учащиеся.

Цели урока:

• формирование умения анализировать условие задачи;

• формирование умения определять тип расчетной задачи, порядок действий при ее решении;

• развитие познавательных, интеллектуальных и творческих способностей.

Задачи урока:

• овладеть способами решения химических задач с использованием понятия “массовая доля выхода продукта реакции от теоретического”;

• отработать навыки решения расчетных задач;

• способствовать усвоению материала, имеющего отношение к производственным процессам;

• стимулировать углубленное изучение теоретических вопросов, интерес к решению творческих задач.

Ход урока

Определяем причину и сущность ситуации, которые описываются в задачах “на выход продукта от теоретического”.

В реальных химических реакциях масса продукта всегда оказывается меньше расчетной. Почему?

• Многие химические реакции обратимы и не доходят до конца.

• При взаимодействии органических веществ часто образуются побочные продукты.

• При гетерогенных реакциях вещества плохо перемешиваются, и часть веществ просто не вступает в реакции.

• Часть газообразных веществ может улетучиться.

• При получении осадков часть вещества может остаться в растворе.

Вывод:

• масса теоретическая всегда больше практической;

• объём теоретический всегда больше объёма практического.

Теоретический выход составляет 100%, практический выход всегда меньше 100%.

Количество продукта, рассчитанное по уравнению реакции, — теоретический выход, соответствует 100%.

Доля выхода продукта реакции ( — “этта”) — это отношение массы полученного вещества к массе, которая должна была бы получиться в соответствии с расчетом по уравнению реакции.

Три типа задач с понятием “выход продукта”:

1. Даны массы исходного вещества и продукта реакции. Определить выход продукта.

2. Даны массы исходного вещества и выход продукта реакции. Определить массу продукта.

3. Даны массы продукта и выход продукта. Определить массу исходного вещества.

Задачи.

1. При сжигании железа в сосуде, содержащем 21,3 г хлора, было получено 24,3 г хлорида железа (III). Рассчитайте выход продукта реакции.

2. Над 16 г серы пропустили водород при нагревании. Определите объем (н.у.) полученного сероводорода, если выход продукта реакции составляет 85% от теоретически возможного.

3. Какой объём оксида углерода (II) был взят для восстановления оксида железа (III), если получено 11,2г железа с выходом 80% от теоретически возможного.

Анализ задач.

Каждая задача складывается из совокупности данных (известные вещества) – условия задачи (“выход” и т.п.) – и вопроса (вещества, параметры которых требуется найти). Кроме этого, в ней есть система зависимостей, которые связывают искомое с данными и данные между собой.

Задачи анализа:

1) выявить все данные;

2) выявить зависимости между данными и условиями;

3) выявить зависимости между данным и искомым.

Итак, выясняем:

1. О каких веществах идет речь?

2. Какие изменения произошли с веществами?

3. Какие величины названы в условии задачи?

4. Какие данные – практические или теоретические, названы в условии задачи?

5. Какие из данных можно непосредственно использовать для расчётов по уравнениям реакций, а какие необходимо преобразовать, используя массовую долю выхода?

Алгоритмы решения задач трёх типов:

Определение выхода продукта в % от теоретически возможного. 

1. Запишите уравнение химической реакции и расставьте коэффициенты.

2. Под формулами веществ напишите количество вещества согласно коэффициентам.

3. Практически полученная масса известна.

4. Определите теоретическую массу.

5. Определите выход продукта реакции (%), отнеся практическую массу к теоретической и умножив на 100%.

6. Запишите ответ.

Расчет массы продукта реакции, если известен выход продукта.

1. Запишите “дано” и “найти”, запишите уравнение, расставьте коэффициенты.

2. Найдите теоретическое количество вещества для исходных веществ. n =

3. Найдите теоретическое количество вещества продукта реакции, согласно коэффициентам.

4. Вычислите теоретические массу или объем продукта реакции.

m = M _* n или V = V_m * n

5. Вычислите практические массу или объем продукта реакции (умножьте массу теоретическую или объем теоретический на долю выхода).

Расчет массы исходного вещества, если известны масса продукта реакции и выход продукта.

1. По известному практическому объёму или массе, найдите теоретический объём или массу (используя долю выхода продукта).

2. Найдите теоретическое количество вещества для продукта.

3. Найдите теоретическое количество вещества для исходного вещества, согласно коэффициентам.

4. С помощью теоретического количества вещества найдите массу или объем исходных веществ в реакции.

Домашнее задание.

Решите задачи:

1. Для окисления оксида серы (IV) взяли 112 л (н.у.) кислорода и получили 760 г оксида серы (VI). Чему равен выход продукта в процентах от теоретически возможного?

2. При взаимодействии азота и водорода получили 95 г аммиака NH₃ с выходом 35%. Какие объёмы азота и водорода были взяты для реакции?

3. 64,8 г оксида цинка восстановили избытком углерода. Определите массу образовавшегося металла, если выход продукта реакции равен 65%.

Сколько литров аммиака (Nh4) образуется при взаимодействии 112 килограмм азота (N2) с водородом (h3)? Выход от теоретически возможного 80% (нормальные условия).

Решение задачи

Запишем уравнение реакции образования аммиака (Nh4):

Напомню, что под выходом от теоретически возможногопродукта реакции понимают отношение массы (объема, числа молей) практически полученного вещества к массе (объему, числу молей), теоретически рассчитанной по уравнению реакции.

Выход от теоретически возможного. Учитывая, что молярная масса азота (N2) равна 28 г/моль (смотри таблицу Менделеева), найдем химическое количество азота (N2) по формуле, устанавливающей связь между химическим количеством вещества и массой:

Получаем:

n (N2) = 112000 /28 = 4000 (моль) = 4 (кмоль).

По уравнению реакции найдем химическое количество аммиака (Nh4) (теоретическое химическое количество вещества), которое выделяется в ходе реакции образования аммиака (Nh4):

из 1 моль N2 образуется 2 моль Nh4

из 4000 моль N2 образуется х моль Nh4

Откуда:

Выход от теоретически возможного.

По формуле, устанавливающей связь между химическим количеством вещества и объемом, вычислим объем аммиака (Nh4), который образуется в ходе реакции:

Получаем:

V теор.( Nh4) = 8000 ∙ 22,4 = 179200 (л).

Вычислим объем аммиака (Nh4) практический (выход от теоретически возможного) по формуле:

Выход от теоретически возможного.

Получаем:

V практ. (Nh4) = 80 ⋅ 179200 / 100 = 143360 (л) = 143,36 (м3).

Ответ:

объем аммиака (Nh4) равен 143,36 м3.

infourok.ru