Выход продукта химической реакции. Решение задач

1. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЯ «ВЫХОД ПРОДУКТА ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ»

2.

Главная задача
химической технологии
–
максимальное
превращение
исходного сырья в
конечный продукт.

3. Выход продукта химической реакции

Это величина, определяемая отношением практического
количества вещества (массы, объёма) к теоретическому
количеству вещества (массе, объёму).
Практическое количество – реально полученное (на
практике), теоретическое количество – рассчитанное по
уравнению реакции.
η = nпракт. / nтеор. (η = mпракт. / mтеор., η = Vпракт. / Vтеор.)
η% = nпракт.*100% / nтеор.
0 ≤ η ≤ 1 (0 % ≤ η% ≤ 100 %)
Максимально возможный выход, равный 1 (100 %),
называется количественным.

4.

Алгоритм 1. Нахождение практической массы (объёма)
продукта по известной массе (объёму) исходного
вещества и выходу продукта.
1.
Составить уравнение химической реакции.
2.
По известной массе (объёму) исходного вещества
рассчитать его количество.
3.
Используя химическую аксиому, найти теоретическое
количество продукта реакции.
4.
Рассчитать теоретическую массу (объём) продукта.
5.
Рассчитать практическую массу (объём) продукта по
одной из формул: mпракт.= mтеор.*η% / 100%; Vпракт. =
Vтеор.*η% / 100%.

5.

Пример решения задачи.
Рассчитать массу белого фосфора, которую можно
получить из 124 т ортофосфата кальция, если выход
белого фосфора по массе составляет 80 % от
теоретически возможного.
Дано:
m(Ca3(PO4)2) = 124 т
η%(P4) = 80%.
Найти: mпракт.(P4).
Решение:
1. Запишем уравнение химической реакции:
2Ca3(PO4)2 + 10C + 6SiO2→ P4 + 10CO + 6 CaSiO3 (to)
2. Найдём количество исходного вещества:
n(Ca3(PO4)2) = m(Ca3(PO4)2) / M(Ca3(PO4)2);
M(Ca3(PO4)2) = 310 г/моль;

6.

n(Ca3(PO4)2) = 124000000 / 310 = 4*105(моль).
3. По химической аксиоме найдём количество
вещества продукта:
n(Ca3(PO4)2) / 2 = n(P4) => n(P4) = 2*105 моль.
4. Найдём теоретическую массу продукта:
mтеор.(P4) = n(P4) * M(P4);
M(P4) = 124 г/моль;
mтеор.(P4) = 2*105*124 = 248*105(г) = 24,8 т.
5. Найдём практическую массу продукта:
mпракт.(P4) = mтеор.(P4)*η% / 100%;
mпракт.(P4) = 24,8*80% / 100% = 19,84(т).
Ответ: 19,84 т.

7.

Алгоритм 2. Нахождение выхода продукта по
известной массе (объёму) исходного вещества и
практической массе (объёму) продукта.
1.
Составить уравнение химической реакции.
2.
По известной массе (объёму) исходного вещества
рассчитать его количество.
3.
Используя химическую аксиому, найти теоретическое
количество продукта реакции.
4.
Рассчитать теоретическую массу (объём) продукта.
5.
Рассчитать выход продукта по одной из формул: η%=
mпракт.*100% / mтеор.;
η% = Vпракт.* 100% / Vтеор.

8.

Пример решения задачи.
Рассчитать выход по объёму хлороводорода, если при
термическом разложении хлорида аммония массой 321 г
получили 100,8 л хлороводорода (объём измерен при
нормальных условиях).
Дано:
m(NH4Cl) = 321 г
Vпракт.(HCl) = 100,8 л.
Найти: η%(HCl).
Решение:
1. Запишем уравнение химической реакции:
NH4Cl → NH3 + HCl (to)
2. Найдём количество исходного вещества:
n(NH4Cl) = m(NH4Cl) / M(NH4Cl);
M(NH4Cl) = 53,5 г/моль;

9.

n(NH4Cl) = 321 / 53,5 = 6(моль).
3. По химической аксиоме найдём количество
вещества продукта:
n(HCl) / 1 = n(NH4Cl) / 1=> n(HCl) = 6 моль.
4. Найдём теоретический объём продукта:
V0теор.(HCl) = n(HCl) * Vno;
Vn0 = 22,4 л/моль;
Vо теор.(HCl) = 6*22,4 = 134,4(л).
5. Найдём выход продукта:
η%.(HCl) = Vo практ..(HCl)*100% / V0 теор.(HCl);
η%.(HCl) = 100,8*100% / 134,4 = 75 %.
Ответ: 75 %.

10.

Алгоритм 3. Нахождение массы (объёма) исходного
вещества по известному выходу и практической
массе (объёму) продукта.
1.
Составить уравнение химической реакции.
2.
По известным практической массе (объёму) и выходу
продукта рассчитать его теоретическую массу (объём):
m теор.= m практ.*100 % / η%;
V теор. =
V практ.*100 % / η%.
3.
Найти теоретическое количество продукта реакции.
4.
Используя химическую аксиому, найти теоретическое
количество исходного вещества.
5.
Рассчитать теоретическую массу (объём) исходного
вещества.

11.

Пример решения задачи.
Рассчитать массу нитрата калия, которая потребуется для
получения 126 т азотной кислоты, если выход по массе
азотной кислоты составляет 80 % от теоретически
возможного.
Дано:
m практ.(HNO3) = 126 т
η%(HNO3) = 80 %.
Найти: m (KNO3).
Решение:
1. Запишем уравнение химической реакции:
KNO3 + H2SO4 → HNO3 + KHSO4 (to)
2. Найдём теоретическую массу продукта:
m теор.(HNO3) = m практ. (HNO3)*100 % / η%(HNO3);
m теор.(HNO3) = 126*100 % / 80 % = 157,5 (т);

12.

Найдём теоретическое количество вещества
продукта:
n(HNO3) = m теор (HNO3) / M (HNO3);
M (HNO3) = 63 г/моль;
n(HNO3) = 157500000/ 63 = 2,5*106(моль).
4. По химической аксиоме найдём количество
исходного вещества:
n(KNO3) / 1 = n(HNO3) / 1=> n(KNO3) = 2,5*106 моль.
5. Найдём массу исходного вещества:
m(KNO3) = n(KNO3) * M(KNO3);
M(KNO3) = 101 г/моль;
m (KNO3) = 2,5*106*101 = 252500000 (г) = 252,5 т.
Ответ: 252,5 т.
3.