Các Bài Toán về Hiệu Suất

Công thức Khi giải bài toán hiệu suất học sinh thường áp dụng công thức sau: mtt: khối lượng thực tế mlt: khối lượng lí thuyết 0% ≤ H ≤ 100% hay 0 ≤ H ≤ 1 Công thức trên được nhiều học s

Thực trạng về vấn đề giải quyết bài toán hiệu suất trước khi áp dụng chuyên đề.

Lớp 11

Đun vôi 16,4g natriaxetat (CH3COONa) với vôi tôi xút dư Thu được 3,584 lit metan (CH4) ở điều kiện chuẩn Tìm hiệu suất phản ứng

ĐÁP ÁN

CH3COONa + NaOH CH4 + Na2CO3

Ta có:

Lớp 12

Điều chế andehit axetic bằng phản ứng hợp nước axetilen nhờ xúc tác

HgSO4, đun nóng nhẹ Hiệu suất phản ứng đạt 75% Tính khối lượng axetilen cần dùng để điều chế 220 kg andehit axetic

ĐÁP ÁN

CH≡CH + HOH CH3–CHO

A Công thức

Khi giải bài toán hiệu suất học sinh thường áp dụng công thức sau:

mtt: khối lượng thực tế

mlt: khối lượng lí thuyết 0% ≤ H ≤ 100% (hay 0 ≤ H ≤ 1) Công thức trên được nhiều học sinh vận dụng để giải bài toán hiệu suất

B Một số lưu ý trong bài toán hiệu suất

Khi giải bài toán hiệu suất, học sinh thường vận dụng công thức (I)

Tuy nhiên học sinh thường nhầm lẫn ở một số chỗ dẫn đến kết quả bài toán

không đúng Sau đây là một số lưu ý khi giải bài toán hiệu suất.

–Hiệu suất phản ứng của 1 chất và hiệu suất của phản ứng

mtt

H = ––––––– x 100%

mlt

m TT H= –––– * 100%

m LT

3,584

= –––– *100% = 80%

4,48

mTT

H = –––– * 100%

mLT

m TT

mLT = –––– *100%

H

130 kg

= –––– *100% = 173,3 kg 75%

–Khối lượng phản ứng đặt dưới phương trình là khối lượng lí thuyết hay

thực tế?

Để thấy rõ một số nhầm lẫn thường thấy khi làm bài toán hiệu suất, ta

xét một số ví dụ

Ví dụ 1: Lấy 1 mol N2 trộn với 4 mol H2 để tổng hợp NH3, sau phản ứng thu được 0,5mol NH3 Tính hiệu suất phản ứng

Bài giải 1

Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + 3H2 ∏ 2 NH3

Hpu = Hpu N2 = → A đúng

Bài giải 2

Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + 3H2 ∏ 2 NH3

Hpu = Hpu H2 = → B đúng

Bài giải 3

Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + H2 ∏ NH3

Hpu = Hpu H2 = → C đúng

Bài giải 4

Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + H2 ∏ NH3

Hpu = Hpu N2 = → D đúng

 Nhận xét Qua 4 bài giải ta có 4 đáp số, vậy đáp số đúng là đáp số nào?

Bài toán trên chỉ có 1 đáp án đúng, như vậy có 3 bài giải sai Các bài giải trên sai do học sinh chưa thực hiện đúng các bước giải Những lỗi đó là:

 Chưa cân bằng phản ứng: Bài giải 3 và bài giải 4

 Chưa xét tỉ lệ các chất tham gia phản ứng: Bài giải 2

Ví dụ 2: Lấy 1 mol N2 trộn với 4 mol H2 để tổng hợp NH3, sau phản ứng thu được 0,5mol NH3 Tính hiệu suất phản ứng của H2

Bài giải

Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + 3H2 ∏ 2 NH3

Hpu = Hpu H2 = → B đúng

 Nhận xét So sánh ví dụ 1 và ví dụ 2 Ta thấy số liệu cho là giống nhau

nhưng kết quả khác nhau, do câu hỏi trong 2 ví dụ là khác nhau.

 Ví dụ 1: Hiệu suất của phản ứng

 Ví dụ 2: Hiệu suất của phản ứng của 1 chất

Ví dụ 3: Bài 7 sgk hoá 12 trang 12

Để điều chế etilen ngườì ta đun nóng rượu etylic 950 với H2SO4 đặc ở

1700C

1 Tính thể tích rượu etylic 950 cần đưa vào phản ứng để thu được 2 lit etilen

(đo ở điều kiện chuẩn) biết hiệu suất phản ứng đạt 60%, khối lượng riêng

của rượu etylic là 0,8g/ml

2 Tính lượng ete sinh ra khi đun nóng một thể tích rượu như trên ở nhiệt độ

1400C với H2SO4 đặc Biết hiệu suất phản ứng đạt 60%

Bài giải

Tóm tắt đề

m2: thực tế cần dùng

m4: thực tế thu được

Giải

1 Thể tích của rượu 950 cần đưa vào phản ứng

CH3–CH2–OH CH2=CH2 + H2O (1)

Theo (1), khối lượng (m1) rượu cần để điều chế 2l etilen là:

Vì hiệu suất phản ứng (1) đạt 60% nên khối lượng (m2) rượu phải có:

(*) Thể tích của 6,83g rượu là:

Thể tích của rượu 950 cần đưa vào phản ứng:

46 2

m1= ––––––– = 4,1g

22,4 4,1 100

m2 = ––––––– = 6,83g

60

6,83

V1 = ––––––– = 8,53 ml

0,8

8,53 100

V2 = ––––––– = 8,97 ml

95

950 V=?

(hay m2=?)

2l

đkc

950

m2 biết

m4=?

2 Tính lượng ete sinh ra

2CH3–CH2–OH C2H5–O–C2H5 + H2O (2)

PT 2 46g 74g

Đề 6,83g m3?

Theo (2), khối lượng (m3) khối lượng sinh ra là:

Vì hiệu suất phản ứng (2) đạt 60% nên khối lượng (m4) ete thực tế thu được là:

(**)

Nhận xét

Từ (*), (**) đối chiếu với công thức tính hiệu suất ta thấy:

m 2là khối lượng lí thuyết Trái với (a)

m4là khối lượng thực tế Trùng với (b)

 Để tránh sự nhầm lẫn giữa mttvới mlt, ta giải quyết 2 bài toán:

1 Bài toán thuận: Từ chất tham gia phản ứng tới sản phẩm

2 Bài toán nghịch: Từ sản phẩm tới chất tham gia

 Để tránh những sự nhầm lẫn trên, ta đi giải quyết một số bài toán sau

C Bài toán tính hiệu suất phản ứng của 1 chất

Áp dụng: Khi đề cho sẳn: – Tên chất cần tìm hiệu suất

– Hiệu suất phản ứng của 1 chất

Giải quyết: –Tìm lượng phản ứng của chất đó (theo đề cho sẳn, hoặc dựa vào

phương trình phản ứng)

–Thay vào công thức và tính

Ví dụ 4: Lấy 3mol SO2 trộn với 4mol O2 trong điều kiện thích hợp, thu được

1,5mol SO3 Tính hiệu suất phản ứng của SO2

Giải Bài giải 1

Lấy vào 3mol

74 6,83

m3 = ––––––– = 5,49g

2.46

5,49 60

m4 = ––––––––– = 3,294g

100

mpu

H = –––––– x 100%

mlấy vào

1,5 100

H(SO2) = ––––––– = 50% ɸ Chọn A đúng

3

Bài giải 2

Nhận xét So sánh 2 bài giải, ta nhận thấy lượng lí thuyết trùng với lượng lấy vào;

lượng thực tế trùng với lượng phản ứng

Ví dụ 5: Lấy 3mol N2 trộn với 4,5mol H2 trong điều kiện thích hợp, thu được hỗn

hợp khí trong đó có NH3 Biết hiệu suất phản ứng của N2 là 12,5% Tính hiệu suất phản ứng của H2

A 12,5% B 37,5% C 25% D 9,375%

Giải

Lượng N2 phản ứng là: 3* 12,5% /100% = 0,375 mol

N2 + 3 H2 2 NH3

0,375 mol → 1,125 mol

HH2 pu =1,125*100% / 4,5 = 25%

Ví dụ 6: Lấy 3mol N2 trộn với 4,5mol H2 trong điều kiện thích hợp, thu được hỗn hợp khí trong đó có NH3 Biết hiệu suất phản ứng của N2 là 12,5% Tính số mol H2 cần dùng để điều chế 76,5kg NH3 trong điều kiện như trên

A 6,75 103 mol B 1,125 mol C 16875 mol D 27 103 mol

Giải

Số mol NH3 là: 76,5 103 / 17 = 4,5.103 mol

Lượng N2 phản ứng là: 3* 12,5% /100% = 0,375 mol

0,375 mol → 1,125 mol

6,75 103 mol ← 4,5 103 mol

HH2 pu =1,125*100% / 4,5 = 25%

→ Số mol H2 cần là: 6,75.103* 100/25 = 27000 mol

D Bài toán tính hiệu suất của phản ứng

 Giải quyết:

Cách 1

 B1 Viết phương trình Hoặc lập sơ đồ các chất tham gia phản ứng và sản phẩm tạo thành (nếu cần thiết) theo tỉ lệ phản ứng

a A + b B  c C + d D

 B2 So sánh tỉ lệ các chất phản ứng theo hệ số phản ứng

rồi chọn chất có tỉ lệ nhỏ hơn để tính hiệu suất phản ứng

nA nB

–––– < –––– => chọn A để tính hiệu suất phản ứng

1,5 100

H(SO2) = ––––––– = 50% ɸ Chọn A đúng

3



 B3 Lập biểu thức và tính hiệu suất phản ứng

Cách 2

Tính hiệu suất của từng chất tham gia phản ứng sau đó chọn hiệu suất cao nhất làm hiệu suất phản ứng

Ví dụ 7: Lấy 2mol SO2 trộn với 2mol O2 trong điều kiện thích hợp, thu được

1mol SO3 Tính hiệu suất phản ứng

Giải

 Cách 1

TT 1mol

LT 2mol 2mol

H(SO2) > H(O2) ɸ Chọn A đúng

Ví dụ 8: Đề TS CĐ 2007

Đun 12 gam axit axetic với 13,8 gam etanol (có H2SO4 đặc làm xúc tác) đến

khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, thu được 11 gam este Hiệu suất của phản ứng este hoá là (Cho H = 1; C = 12; O = 16)

Giải

B1: CH3COOH + C2H5OH ∏ CH3COOC2H5 + H2O

nA nB

–––– > –––– => chọn B để tính hiệu suất phản ứng

12

nCH3COOH = ––––– = 0,2 mol

60

nSO2 nO2

–––– < –––– => Hpu = HSO2

2 1

1 100

H(SO2) = ––––––– = 50%

2

0,5 100

H(O2) = ––––––– = 25%

2

1 100

H(SO2) = ––––––– = 50% ɸ Chọn A đúng

2

B3:

Theo SP CH3COOH + C2H5OH ∏ CH3COOC2H5 + H2O

Theo chất tgia CH3COOH + C2H5OH ∏ CH3COOC2H5 + H2O

LT 0,2 mol

Ví dụ 9: Đề TSĐH A năm 2007

Hỗn hợp X gồm axit HCOOH và axit CH3COOH (tỉ lệ mol 1:1) Lấy 5,3 gam hỗn hợp X tác dụng với 5,75 gam C2H5OH (có xúc tác H2SO4 đặc) thu được

m gam hỗn hợp este (hiệu suất của các phản ứng este hoá đều bằng 80%) Giá trị của m là (cho H = 1, C = 12, O = 16)

Giải

nX =5,3/53 = 0,1 mol

n C2H5OH = 5,75/46 = 0,125mol > 0,1mol

53g 53 + 28 g

13,8

nC2H5OH = ––––– = 0,3 mol

46

nCH3COOH nC2H5OH

–––––––– < ––––––– =>

1 1

Hiệu suất tính theo

CH3COOH

H

11 = 17,6 ––– => H = 62,5 ɸ C đúng

100

11/88 100

H = ––––––––––– = 62,5 ɸ C đúng

0,2

46 + 60

X= ––––––––– = 53g 2

8,1 80

m = –––––––– = 6,48g ɸ B đúng

100

Hoặc COOH COOC2H5.

53g 53 + 28 g

 Trong trường hợp bài toán chỉ có 1 chất tham gia phản ứng thì hiệu suất phản ứng là hiệu suất phản ứng của chất đó

Ví dụ 10: Cho 13,44 lit C2H2 (đkc) qua ống đựng than hoạt tính và nung ở 6000C

thu được 12,48g benzen Hiệu suất của phản ứng điều chế benzen là bao nhiêu?

Giải

3 22,4 l 78 g

Thể tích C2H2 phản ứng là: 50g

Hiệu suất quá trình điều chế benzen là:

Ví dụ 11: Đề TN THPT 2007

Thủy phân 324 gam tinh bột với hiệu suất của phản ứng là 75%, khối lượng glucozơ thu được là (Cho H = 1, C = 12 , O = 16)

A.360 gam B. 270 gam C. 250 gam D.300 gam

Giải

 (C6H10O5)n n C6H12O6

 Hoặc (C6H10O5)n n C6H12O6

mtt = = 6,48g ɸ B đúng

10,752

H = –––––––– x 100 = 80%

13,44

324 75

mpu = ––––––– = 243g 100

75

m = 360 –––– = 270g => (B) đúng

100

243 180 n

mtt thu được = –––––––––––– = 270g => (B) đúng

162 n

E Hiệu suất phản ứng Bài toán thuận và bài toán nghịch

Để tránh sự nhầm lẫn giữa mtt với mlt, ta thiết lập mối liên hệ giữa chất tham gia phản ứng, sản phẩm tạo thành và hiệu suất Từ đó rút ra giá trị cần tìm? Theo nguyên tắc:

 Chiều thuận: nhân

 Chiều nghịch: nhân

 Các bước thực hiện

–B1: Lập sơ đồ phản ứng – cân bằng theo sơ đồ

–B2: Đặt dữ kiện vào phương trình – Xác định chiều bài toán

–B3: Lập công thức và tính

Ví dụ 12: (Ví dụ 3 Phần A ở trên)

1 Tính khối lượng rượu

B1 CH3–CH2–OH CH2=CH2 (1)

B3 Khối lượng (m2) rượu phải có:

2 Tính lượng ete sinh ra

B1: 2CH3–CH2–OH C2H5–O–C2H5 (2)

B3: Theo (2), khối lượng (m3) khối lượng sinh ra là:

Ví dụ 13: Đề TSĐH A năm 2007

Cho m gam tinh bột lên men thành ancol (rượu) etylic với hiệu suất 81% Toàn bộ

lượng CO2 sinh ra được hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2, thu được 550 gam kết tủa và dung dịch X Đun kỹ dung dịch X thu thêm được 100 gam kết tủa Giá trị của m là (cho H = 1, C = 12, O = 16, Ca = 40)

A.550 B.810 C. 650 D. 750

Giải

Cách 1: Lập sơ đồ theo các nhánh sau đó tính tổng lại:

Phần1 B1: (C6H10O5)n nC6H12O6 2n CO2 2n CaCO3

B2: 162 n g 2n 100 g

m2 = = 6,83g

H . 100

100. H

Đề m1? g 550 g

Phần2 B1: (C6H10O5)n 2nCO2 2nCa(HCO3)2 nCaCO3

B2: 162 n g n 100 g

Tổng

Chọn D đúng

Cách 2: Tính tổng số mol CO2 Sau đó lập sơ đồ nhánh theo CO2.

n CaCO3 (1) = 550/100 = 5,5 mol

n CaCO3 (2) = 100/100 = 1mol

5,5mol 5,5mol

 2CO2  Ca(HCO3)2  CaCO3 (2)

2mol 1mol

nCO2= 5,5 + 2 = 7,5 mol

B1: (C6H10O5)n  n C6H12O6  2n CO2

B2: 162 n g 2n mol

B3:

Ví dụ 14: Đề TSĐH B năm 2007

Oxi hoá 4,48 lít C2H4 (ở đktc) bằng O2 (xúc tác PdCl2, CuCl2), thu được chất X đơn chức Toàn bộ lượng chất X trên cho tác dụng với HCN (dư) thì được 7,1 gam CH3CH(CN)OH (xianohiđrin) Hiệu suất quá trình tạo

CH3CH(CN)OH từ C2H4 là (cho H = 1, C = 12, N = 14, O = 16)

162n 550 100 162n 100 100

m = m1 + m2 = –––––––––––– + ––––––––––––– = 750g

2n 100 81 n 100 81

m = 607,5g = 750g Chọn D đúng

A.70% B.50% C. 60% D. 80%.

Giải Cách 1: Tính theo công thức (I)

B3:

Cách 2 Tính theo chiều thuận hoặc chiều nghịch

B3

Hoặc CH 2 =CH 2 CH 3 CHO CH 3 –CH(CN)OH

Ví dụ 15: Đề TSĐH B năm 2007

Xenlulozơ trinitrat được điều chế từ xenlulozơ và axit nitric đặc có xúc tác

axit sunfuric đặc, nóng Để có 29,7 kg xenlulozơ trinitrat, cần dùng dung dịch chứa

m kg axit nitric (hiệu suất phản ứng đạt 90%) Giá trị của m là (cho H = 1, C =12,

N = 14, O = 16)

A. 42 kg B.10 kg C. 30 kg D.21 kg

Giải

[C6H7O2 (OH)3]n + 3n HNO3 [C6H7O2 (ONO 2)3]n

3 63n kg 297n kg

mlt = = 3,55g

7,1 = 14,2 => H = 50 % → Vậy B đúng

4,48 = 2,24 => H = 50 % → Vậy B đúng

H = = 50 % → Vậy B đúng

m = 18,3 = 21 kg

F Hiệu suất của 1 quá trình gồm nhiều phản ứng có hiệu suất khác nhau

Ví dụ 16 : Từ nhôm cacbua và các chất vô cơ thích hợp, người ta tổng hợp

benzen theo sơ đồ:

Al4C3 1

h  80%

  CH4  h 2  50%  C2H2  h 3  70%  C6H6

Với h1, h2, h3lần lượt là hiệu suất của phản ứng Để thu được 546g benzen, khối lượng Al4C3 cần dùng là:

A 7200 gam B 3600 gam C 2016 gam D.1008 gam

Giải

H = H1 H2 H3 100% = 100 % = 28 % B1: 2 Al4C3 1

h  80%

 6 CH4  h 2  50%  3 C2H2  h 3  70%  C6H6

m?g 2016 g 546g

B3: m= 2016 = 7200 g

Vậy A đúng

Ví dụ 17: Polivinylclorua (PVC) được điều chế từ khí thiên nhiên theo sơ đồ

chuyển hoá và hiệu suất mỗi giai đoạn như sau:

metan axetilen vinylclorua PVC Cần bao nhiêu lit khí thiên nhiên (điều kiện chuẩn) để điều chế 1 tấn PVC Biết rằng metan chiếm 95% khí thiên nhiên

A 11766492.25 lit B 11178167.64 lit

C 1433600 lit D 183859.2 lit

Giải

H = H1 H2 H3 100% = .100% = 12,825 %

B1: 2n CH4 n C2H2 n CH2=CH–Cl CH2=CHCl–)n

B3: VCH4 = = 11178167.64 lit

VKTN = VCH4 = 11766492.25 lit

MỘT SỐ BÀI TOÁN THAM KHẢO

(

1 Với hiệu suất phản ứng là 75%, để điều chế 2,8g CH4 thì khối lượng nhôm cacbua (Al4C3) cần dùng là bao nhiêu?

A 8,4gam B 6,3gam C 11,2gam D 4,8gam

2 Cho 4lit Nitơ và 14l Hiđro vào bình kín, và tạo điều kiện cho phản ứng xảy ra Hỗn hợp thu được sau phản ứng có thể tích 16,4 lit(thể tích đo trong cùng điều kiện nhiệt độ áp suất) Tính thể tích khí NH3 tạo thành và hiệu suất phản ứng

ĐS( H=20%)

3 Để điều chế 16,8 lit CH4 (đktc) thì thể tích khí C3H8 (đkc) cần dùng là bao

nhiêu? Biết rằng hiệu suất phản ứng đạt 68%

A 24,7 lit B 16,8 lit C 11,424 lit D 28,224 lit

4 Nitro hóa 624ml benzen( d=0,99/ml)bằng HNO3 đậm đặc có H2SO4 làm xúc tác

thu được m gam sản phẩm brom benzen Hiệu suất phản ứng đạt 85% Tính m?

ĐS 885,6 gam

5 Cho 13,44 lit C2H2 (đkc) qua ống đựng than hoạt tính và nung ở 6000C thu được

12,48g benzen Hiệu suất của phản ứng điều chế benzen là bao nhiêu?

––––––––––––––––––––––––Kết thúc nội dung–––––––––––––––––––––––––

Khảo sát kết quả sau khi làm chuyên đề

Lớp 11

Đề 1 Chiếu sáng hỗn hợp gồm 2 lit etan (C2H6) và 5 lit clo (Cl2) Sau 1 thời gian

thu được 0,5lit 1,1–đicloetan Tìm hiệu suất phản ứng tạo 1,1–đicloetan Biết các khí đo trong cùng điều kiện t0, p

ĐÁP ÁN

CH3–CH3 + 2Cl2 CH3–CHCl2 + 2HCl

2 lit 5 lit

TT 1lit 2 lit ← 1lit

Ta có: → HPU = HC2H6 PU= ½ *100% = 50%

Đề 2 Trùng hợp vinylclorua (CH2=CH–Cl) để điều chế PVC Biết hiệu suất của quá trình là 80% Tính khối lượng vinylclorua cần điều chế 50 kg PVC

ĐÁP ÁN

 Cách 1

n CH2=CH–Cl ( CH2=CHCl )n

 Cách 2

n CH2=CH–Cl ( CH2=CHCl )n

Ta có: m = 50 = 62,5 kg

Lớp 12

Điều chế axit axetic từ etilen, theo sơ đồ: C2H4→ C2H5OH → CH3COOH Biết hiệu suất các quá trình lần lượt là 40% và 75 % Tính khối lượng etilen cần

dùng để điều chế 30 kg axit axetic

ĐÁP ÁN

 Cách 1

VC2H6 ––––– =

VCl2

2 –– <

5

1 – 2

m TT

H= –––– * 100%

m LT

mTT

mLT = –––– *100% = H

50 ––––

80