Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Попель

§ 11. Відносний вихід продукту реакції

Матеріал параграфа допоможе вам:

  • з’ясувати, що називають відносним виходом продукту реакції;
  • обчислювати або використовувати в задачах відносний вихід продукту реакції.

Відносний вихід продукту реакції. Здійснення будь-якого технологічного процесу неможливе без певних втрат речовин. Втрати відбуваються вже при транспортуванні сировини, її подрібненні, розчиненні, завантаженні в реактор. Багато реакцій, які здійснюють на хімічних заводах, є оборотними. Тому досягти повного перетворення вихідних речовин на цільові продукти не вдається. Крім того, іноді водночас із основною реакцією відбувається інша (побічна), і частина реагентів витрачається на утворення сторонніх речовин. Якщо виробництво складається з кількох стадій, втрати речовин збільшуються. Отже, продукту реакції завжди утворюється менше, ніж розраховано за хімічним рівнянням.

Величину, яка характеризує повноту перебігу хімічної реакції або ступінь перетворення речовини на іншу, називають відносним виходом продукту реакції. Цю величину позначають грецькою літерою η (ета) і обчислюють за формулами

а якщо в результаті реакції утворюється газ — ще й за формулою

де nпракт., mпракт. i Vпракт. — добуті кількість речовини, маса чи об’єм речовини А; nтеор., mтеор. і Vтеор. — кількість речовини, маса чи об’єм речовини А, обчислені за хімічним рівнянням. Для відповідних розрахунків обирають реагент, який під час взаємодії може витратитися повністю й перетворитися на речовину А.

Розв’язування задач. Покажемо, як розв’язують задачі на обчислення відносного виходу продукту реакції і як використовують цю величину в хімічних розрахунках.

ЗАДАЧА 1. Із 46,8 г натрій хлориду в результаті реакції з достатньою кількістю концентрованої сульфатної кислоти добуто 21,9 г гідроген хлориду. Знайти відносний вихід продукту реакції.

ЗАДАЧА 2. Обчислити об'єм водню, який містився в суміші з достатньою кількістю азоту, якщо в результаті реакції між речовинами утворилося 5,6 м3 амоніаку NH3 з відносним виходом 20 %.

Чимало технологічних процесів є багатостадійними. Так, виробництво сульфатної кислоти складається з трьох стадій. Якщо сировиною є пірит FeS2, то відбуваються такі реакції:

4FeS2 + 11О2 = 8SO2 + 2Fe2O3;

2SO2+ О2 = 2SO3;

SO3 + H2O = H2SO4.

На кожній стадії одна сульфуровмісна сполука перетворюється на іншу. Перехід атомів Сульфуру від піриту до сульфатної кислоти можна проілюструвати так (враховуємо відповідні кількості речовини цього елемента):

FeS2 → 2SO2 → 2SO3 → 2H2SO4.

Якщо потрібно розрахувати відносний вихід кислоти, знаючи вихідну масу піриту, то теоретичну (максимально можливу) кількість кислоти обчислюють за одну математичну дію, використавши стехіометричну1 схему FeS2 → 2H2SO4 замість послідовного проведення розрахунків за трьома рівняннями реакцій.

1 Слово походить від грецьких слів stoicheion — основа і metreo — вимірюю.

ВИСНОВКИ

Повноту хімічного перетворення характеризують відносним виходом продукту реакції. Його розраховують діленням добутої кількості речовини або маси продукту реакції на кількість речовини або масу продукту, що має утворитися згідно з хімічним рівнянням.

Задачі на обчислення чи використання відносного виходу продукту реакції розв’язують із залученням відповідних хімічних рівнянь.

  • 81. Із 400 г кальцій броміду за реакцією з достатньою кількістю хлору добуто 280 г брому. Обчисліть відносний вихід брому.
  • 82. При дії на цинк масою 3,25 г достатньої кількості розчину сульфатної кислоти добули 1064 мл водню (н. у.). Який відносний вихід цього газу?
  • 83. Унаслідок реакції в суміші 9,2 г етанолу з достатньою кількістю етанової кислоти утворилося 11 г естеру. Обчисліть відносний вихід естеру.
  • 84. Під час реакції купрум(ІІ) оксиду з воднем добуто 12,8 г міді. Відносний вихід металу становив 94 %. Яку масу оксиду було взято?
  • 85. Знайдіть масу ферум(ІІІ) гідроксиду, яку добули із 8 г ферум(ІІІ) оксиду, якщо відносний вихід гідроксиду склав 87 %? Які реакції ви здійснили б у такому експерименті?
  • 86. Яку масу хлоридної кислоти з масовою часткою хлороводню 35 % добуто в результаті реакції 1,17 кг натрій хлориду з достатньою кількістю концентрованої сульфатної кислоти, якщо відносний вихід хлороводню становив 80 %?
  • 87. Під час пропускання кисню через спеціальний прилад (озонатор) частина цього газу перетворилася на озон O3. Об’ємна частка озону в добутій суміші газів кисню й озону становила 8 %. Яким був відносний вихід озону?
  • 88. Після реакції в суміші азоту з трикратним об’ємом водню і приведення добутої суміші газів до початкових умов зафіксовано зменшення об’єму на 15 %. Обчисліть відносний вихід амоніаку.