Bài toán hiệu suất về phản ứng

BÀI TOÁN HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG I- KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1) Các bài toán cho phản ứng hoàn toàn (hiệu suất đạt 100%) thì có ít nhất một chất tham gia phải hết. 2) Nếu hiệu suất H% < 100% thì lượng chất TG thực dùng nhiều hơn lượng lý thuyết ( tính theo ptpư ) còn lượng SP thu được bao giờ cũng nhỏ hơn lượng SP tính theo lý thuyết. 3) Công thức tính hiệu suất phản ứng : * Theo một chất tham gia : * Theo một chất sản phẩm: 4) Nếu cả hai chất tham gia đều biết lượng dùng ban đầu, thì H% phải được xác định dựa vào chất có khả năng hết ( nếu để phản ứng hoàn toàn ) 5) Hiệu suất quá trình gồm nhiều phản ứng nối tiếp: H% = h1´ h2 ´ h3 ´ … hn ´ 100% ( trong đó các hiệu suất thành phần dạng thập phân, ví dụ 25% = 0,25 ) 6) Khi đề bài cho lượng chất mang đơn vị lớn : kg, tấn … thì nên giải bài toán bằng phương pháp khối lượng. II- BÀI TẬP ÁP DỤNG 1) Cho 19,5 gam Zn tác dụng với 7 lít Cl2 thì thu được 36,72 gam ZnCl2. Tính hiệu suất phản ứng. Hướng dẫn : Zn + Cl2 ® ZnCl2 Bđ: 0,3mol 0,3125mol 0 Pư: 0,3 0,3 0,3 Sau: 0 0,125 0,3 Khối lượng của ZnCl2 tạo thành theo lý thuyết là: 0,3 ´ 136 =40,8 gam Hiệu suất phản ứng là : 2) Cho 4lít N2 và 14 lít H2 vào bình kín rồi nung nóng với xúc tác thích hợp để phản ứng xảy ra, sau phản ứng thu được 16,4 lít hỗn hợp khí ( các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất ) a) Tính thể tích khí amoniac thu được. b) Xác định hiệu suất của phản ứng. Hướng dẫn : Đặt thể tích khí N2 đã phản ứng là x(lít) N2 + 3H2 ® 2NH3 BĐ: 4 14 0 ( lít ) PƯ : x 3x 2x Sau: (4-x ) (14 -3x) 2x Suy ra ta có : (4 - x ) +(14 -3x) + 2x = 16,4 Þ x = 0,8 lít Þ b) Nếu để phản ứng hoàn toàn thì N2 hết Þ ( lượng lý thuyết ) Hiệu suất phản ứng : H% = 3) Có 12 lít hỗn hợp hai khí Cl2 và H2 đựng trong bình thạch anh đậy kín. Chiếu sáng để phản ứng xảy ra thì thu được một hỗn hợp khí chứa 30% thể tích là khí sản phẩm, lượng Cl2 còn 20% so với ban đầu ( Các thể tích khí đo ở cùng nhiệt độ và áp suất ) a) Tính % thể tích của hỗn hợp trước và sau phản ứng. b) Tính hiệu suất phản ứng. Hướng dẫn : Đặt thể tích Cl2 ( bđ) : x ( lít ) Þ Cl2 ( pư ) = 0,8x ( lít ) Giải tương tự như bài 2 . Thiết lập phương trình toán biểu diễn % V khí sản phẩm ( ĐS: Hỗn hợp đầu : 81,25% H2 và 18,75 Cl2 ; hiệu suất pư : 80% ) 4) Từ 320 tấn quặng pirit sắt có chứa 45% lưu huỳnh đã sản xuất được 506,25 tấn dung dịch H2SO4 80%. Hãy tính hiệu suất của quá trình. 5) Từ một tấn quặng pyrit sắt chứa 20% tạp chất, điều chế axit H2SO4 theo phương pháp tiếp xúc, qua các giai đoạn ( có ghi hiệu suất mỗi giai đoạn) như sau: Tính khối lượng của dung dịch H2SO4 72% điều chế được. 6) Trộn khí SO2 và khí O2 thành hỗn hợp X có khối lượng mol trung bình 48 gam. a) Tính % V của mỗi khí trong hỗn hợp X, suy ra % khối lượng. b) Cho một ít V2O5 vào trong hỗn hợp X, nung nóng hỗn hợp đến 4000C thì thu được hỗn hợp khí Y. Biết hiệu suất phản ứng là 80%. Tính % V của hỗn hợp khí Y. 7) Nung 500gam đá vôi ( chứa 80% CaCO3, còn lại là các oxit của Al, Fe(III), Si ) sau một thời gian thì thu được rắn A và khí B. Biết hiệu suất phản ứng phân huỷ đá vôi là 57% a) Tính khối lượng của rắn A b) Tính % theo khối lượng của CaO trong rắn A c) Sục khí B vào trong 800gam dung dịch NaOH 2% thì thu được muối gì ? Bao nhiêu gam ? ( ĐS: 368g ; 45,65 % , muối axit , C% = 4,11% ) 8) Để sản xuất 1000tấn gang chứa 95% Fe, 5% C ( các nguyên tố khác coi như không đáng kể ) thì phải dùng bao nhiêu tấn quặng Hematit ( chứa 80% là Fe2O3 , 20% tạp chất trơ )và bao nhiêu tấn than cốc ( C ) ? Biết hiệu suất của cả quá trình phản ứng là 80% 9) Trong một bình kín chứa SO2 và O2 ( tỉ lệ mol 1:1) và một ít bột V2O5. Nung nóng hỗn hợp sau một thời gian thì thu được hỗn hợp khí trong đó khí sản phẩm chiếm 35,3% theo thể tích. Tính thể tích khí sinh ra và tính hiệu suất của phản ứng. (ĐS: 60%) 10) Cho 16 gam CH4 vào bình kín có dung tích 14 lít ở 00C . Nung nóng bình lên đến nhiệt độ cao để phản ứng nhiệt phân xảy ra . Sau đó đưa nhiệt độ bình về 00C thì thu được hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H2, H2 , áp suất trong bình là 3 atm. a) Tính Hiệu suất phản ứng ( cũng là tỉ lệ % CH4 bị nhiệt phân ) b) Lấy 1/10 hỗn hợp X đem đốt cháy hoàn toàn thì phải tốn hết 3,64 lít khí O2 ( đktc). Lấy toàn bộ khí CO2 sinh ra cho vào 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,0225M. Viết PTHH và tính khối lượng muối tạo thành. ( Đáp số : a/ 87,5% ) -------- Hãy giải toán theo cách của bạn------------------ MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ SẮT VÀ CÁC OXIT SẮT I - Một số điểm cần chú ý: 1) Hóa trị của sắt : - Nếu đặt CTTQ của oxit sắt : FexOy Þ hóa trị Fe : t = ( t = 2,3, hoặc ). - Hóa trị Fe trong Fe3O4 là hóa trị TB của 2 ng.tử Fe(III) và 1ng.tử Fe(II). 2) Phương pháp qui đổi . * Để giải bài toán hỗn hợp nhiều oxit sắt thì nên quy đổi: +) Fe3O4 Û hỗn hợp (FeO + Fe2O3) tỷ lệ mol 1 : 1 ( đúng cả 2 chiều ). +) Hỗn hợp FeO , Fe2O3 với tỷ lệ mol ¹ 1 : 1 thì không thể quy đổi thành Fe3O4. 3) Phương pháp bảo toàn nguyên tố: Thường gặp 2 trường hợp sau đây: * Trường hợp 1: Fe hoặc NO2 ­ ...) Þ =( bđ ) ( muối) + ( các sp khí ) = ( các sp khí ). * Trường hợp 2 : Fe Þ = ( bđ ) ( muối) + ( các sp khí ) = ( các sp khí ). .v.v. ( còn nhiều trường hợp khác) Nhận xét: Nếu biết khối lượng của các khí sản phẩm và hỗn hợp A ( hoặc muối Fe) thì có thể áp dụng định luật BTKL. Ví dụ : Trường hợp 1 : giả sử biết m1 (g) ( Fe + FexOy) ; biết b (mol) khí NO sinh ra. Áp dụng định luật BTKL ta có : ( trong đó : ) II- Một số bài toán minh họa 1) Để hòa tan hoàn toàn 34,8 gam hỗn hợp gồm Fe3O4 , FeO, Fe2O3 ( số mol FeO = số mol Fe2O3 ) thì phải dùng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 4,9 % ( loãng). a) Tính khối lượng của dung dịch H2SO4 4,9% . b) Tính nồng độ % của các chất trong dung dịch thu được. Hướng dẫn: Vì số mol FeO = số mol Fe2O3 nên xem như Fe3O4. Vậy hỗn hợp được coi như chỉ có một oxit là Fe3O4 Fe3O4 + 4H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O 0,15 0,6 0,15 0,15 mol Khối lượng dung dịch H2SO4 4,9% : Khối lượng dung dịch thu được : 1200 + 34,8 = 1234,8 gam ( dễ dàng tìm được C% của mỗi muối trong dung dịch thu được) 2) Cho m(g) hỗn hợp FeO, Fe3O4, Fe2O3 tan vừa hết trong V (lít) dung dịch H2SO4 loãng thì thu được một dung dịch A. Chia đung dịch A làm 2 phần bằng nhau. Phần 1: tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 8,8 gam chất rắn. Phần 2: làm mất màu vừa đúng 100ml dung dịch KMnO4 0,1M trong môi trường H2SO4 loãng dư. a) Viết các phương trình hóa học xảy ra. b) Tính m , V ( nếu dung dịch H2SO4 có nồng độ 0,5M). Hướng dẫn: Xem Fe3O4 như hỗn hợp FeO và Fe2O3 Vậy hỗn hợp xem như chỉ có FeO và Fe2O3 : số mol lần lượt x,y. Các phương trình hóa học xảy ra: FeO + H2SO4 ® FeSO4 + H2O x x x (mol) Fe2O3 + 3H2SO4 ® Fe2(SO4)3 + 3H2O y 3y y (mol) dung dịch A Pư phần 1: FeSO4 + 2NaOH ® Fe(OH)2 ¯ + Na2SO4 0,5x 0,5x (mol) Fe2(SO4)3 + 6NaOH ® 2Fe(OH)3 ¯ + 3Na2SO4 0,5y y (mol) 2Fe(OH)2 + ½ O2 Fe2O3 + 2H2O 0,5x 0,25x (mol) 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O y 0,5y (mol) Ta có : 0,25x + 0,5y = Pư phần 2: 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8 H2SO4 ® 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8 H2O 0,5x ® 0,1x (mol) Ta có : 0,1x = 0,01 Þ x = 0,1 ( mol) (2) Thay (2) vào (1) ta được : y = 0,06 (mol) Vậy khối lượng hỗn hợp oxit sắt : m = (0,1´ 72 + 0,06 ´ 160 ) = 16,8 ( gam ) Thể tích dung dịch H2SO4 0,5M : V = * Có thể giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố Fe. ( các oxit ) = 2 ´ 0,055 = 0,11 mol ( FeO ) = Þ ( Fe2O3 ) = Vậy khối lượng hỗn hợp đầu : m = 2( 0,05 ´ 72 + ) = 16,8 gam. Số mol H2SO4 = 0,1 + (3 ´ 0,06) = 0,28 mol. Þ thể tích V = 0,56 lít. 3) Hỗn hợp A gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 ( với số mol bằng nhau). Cho m1(g) A vào ống sứ nung nóng rồi dẫn dòng khí CO đi qua ( CO pư hết ), thấy khí bay ra và trong ống còn lại 19,2 (g) rắn B (gồm Fe, FeO, Fe3O4) . Hấp thụ khí vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được m2 (g) kết tủa trắng. Hòa tan hết rắn B trong HNO3 nóng thì thấy bay ra 2,24 lít khí NO duy nhất ( đktc). a) Viết phương trình hóa học. b) Tính m1, m2 và số mol HNO3 đã phản ứng. Hướng dẫn: Xem phần FeO + Fe2O3 ( đồng mol) như Fe3O4 Vậy hỗn hợp chỉ gồm có Fe3O4 Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 (1) Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (2) rắn B Phản ứng của rắn B với HNO3 : Fe + 4HNO3 ® Fe(NO3)3 + 2H2O + NO ­ (3) 3FeO + 10HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO ­ (4) 3Fe3O4 + 28HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + 14H2O + NO ­ (5) Đặt : = ( của hỗn hợp A ) ; Áp dụng ĐLBTKL cho (3),(4),(5) ta có: Suy ra ta có : 19,2 + 63(3a + 0,1) = 242a + Giải ra được : a = 0,27 Þ = 0,91 mol. Khối lượng của hỗn hợp đầu : m1 = 0,27 Theo pư (1) và (2) ta có : CO2 + Ba(OH)2 ® BaCO3 ¯ + H2O 0,105 0,105 (mol) = m2 = 0,105 ´ 197 = 20,685 gam. * Cách 2 : Vì rắn C gồm Fe, FeO, Fe3O4 tác dụng với HNO3 cho sản phẩm như nhau, nên đặt CTPT trung bình của rắn C: FexOy. Gọi a là số mol mỗi oxit trong A Þ qui đổi A chỉ gồm Fe3O4 : 2a (mol) xFe3O4 + (4x – 3y)CO 3FexOy + (4x – 3y)CO2 (1) 2a (mol) FexOy + (12x–2y) HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + (3x–2y)NO ­ + (6x-y)H2O (2) (12x–2y) (3x–2y) (mol) Ta có hệ phương trình : Û Giải hệ (I) và (II) Þ a = 0,045 ; = 0,0425 m1 = 0,045´ 2´ 232 = 20,88 gam. Áp dụng định luật BTKL cho pư (1) ta có : 20,88 + 28b = 19,2 + 44b giải ra b = 0,105 mol ( b là số mol CO2). 4) Đốt x (mol) Fe bởi O2 thu được 5,04 gam hỗn hợp A gồm các oxit của sắt. Hòa tan A trong HNO3 nóng dư thì thu được một dung dịch X và 0,035 mol khí Y ( gồm NO và NO2), biết = 19. Tính x. Hướng dẫn: Xem các oxit sắt chỉ gồm Fe2O3 và FeO ( vì Fe3O4 coi như FeO và Fe2O3) 4Fe + 3O2 2Fe2O3 (1) 2Fe + 3O2 2FeO (2) Phản ứng của rắn A với HNO3 : Fe2O3 + 6HNO3 ® 2Fe(NO3)3 + 3H2O (3) 3FeO + 10HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + 5H2O + NO ­ (4) FeO + 4HNO3 ® Fe(NO3)3 + 2H2O + NO2 ­ (5) Theo (3),(4),(5) ta có : ; Áp dụng định luật BTKL ta có : Û 5,04 + 63(3x + 0,035) = 242x + (0,035´ 2´ 19) + 18 Giải ra x = 0,07 mol 5) Muối A là muối cacbonat của kim loại R hóa trị n ( R chiếm 48,28% theo khối lượng ). Nếu đem 58 gam A cho vào bình kín chứa sẵn lượng O2 vừa đủ rồi nung nóng. Phản ứng xong thu được 39,2 gam rắn B gồm Fe2O3 và Fe3O4. a) Xác định CTPT của A. b) Nếu hòa tan B vào HNO3 đặc nóng, thu được khí NO2 duy nhất. Trộn lượng NO2 này với 0,0175 mol khí O2 rồi sục vào lượng nước rất dư thì thu được 2 lít dung dịch X. Xác định nồng độ mol của các chất trong dung dịch X. Hướng dẫn: a) Ta có Þ R = 28x chỉ có x = 2 , R = 56 là thỏa mãn ( Fe) CTPT của chất A là : FeCO3 b) gọi x, y lần lượt là số mol Fe2O3 và Fe3O4 trong rắn B. 2FeCO3 + ½ O2 Fe2O3 + 2CO2 2x x (mol) 3FeCO3 + ½ O2 Fe3O4 + 3CO2 3y y (mol) Ta có: giải ra được : x = y = 0,1 mol. Phản ứng của B với HNO3 : Fe2O3 + 6HNO3 ® 2Fe(NO3)3 + 3H2O Fe3O4 + 10HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + 3H2O + NO2 ­ 0,1 mol ® 0,1 mol 2NO2 + ½ O2 + H2O ® 2HNO3 Bđ: 0,1 0,0175 (mol) Pư: 0,07 0,0175 0,07 (mol) Spư: 0,03 0 0,07 (mol) 2NO2 + H2O ® HNO3 + HNO2 0,03 ® 0,015 0,015 (mol) Dung dịch X Þ ; . 6) Hòa tan a gam một oxit sắt FexOy vào trong dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thì thu được khí SO2 duy nhất.Mặt khác, nếu khử hoàn toàn a gam oxit sắt trên bằng khí CO, hòa tan lượng sắt tạo thành trong dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư) thu được lượng SO2 gấp 9 lần lượng SO2 ở thí nghiệm trên. a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong hai thí nghiệm trên. b) Xác định định công thức hóa học của oxit sắt. Hướng dẫn : 2FexOy + (6x -2y )H2SO4 ( đặc) xFe2(SO4)3 + (3x-2y) SO2 ­ + (6x -2y )H2O (1) a (mol) ® (mol) FexOy + yH2 xFe + yH2O (2) a (mol) ® ax (mol) 2Fe + 6H2SO4 ( đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 ­ + 6H2O (3) ax (mol) ® 1,5 ax ( mol) Theo đề bài : nên ta có : Þ Þ CTPT của oxit sắt là : Fe3O4. 7) Hòa tan một lượng oxit sắt FexOy vào dung dịch HNO3 loãng, dư thì thu được một dung dịch A và khí NO duy nhất. Mặt khác nếu khử lượng oxit sắt trên bằng lượng CO dư rồi lấy toàn bộ kim loại sinh ra hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thì thu được dung dịch B và khí NO2 duy nhất. Biết thể tích khí NO2 sinh ra gấp 9 lần thể tích khí NO sinh ra ( cùng nhiệt độ, áp suất). a) Viết các phương trình hóa học. b) Xác định công thức hóa học của oxit sắt. Hướng dẫn : 3FexOy + (12x -2y )HNO3 3xFe(NO3)3 + (3x - 2y)NO ­ + (6x-y) H2O (1) a (mol) ® (mol) FexOy + yCO xFe + yCO2 (2) a (mol) ® ax (mol) Fe + 6HNO3 Fe(NO3)3 + 3NO2 ­ + 3H2O (3) ax (mol) ® 3ax ( mol) Theo đề bài ta có : Vậy CTPT của oxit sắt là: FeO. 8) Để một phoi bào sắt nặng m ( gam) ngoài không khí, sau một thời gian thu được 12 gam rắn X gồm sắt và các oxit của sắt. Cho X tác dụng hoàn toàn với dung dịch axit HNO3 thấy giải phóng ra 2,24 lít khí NO duy nhất ( đo ở đktc). a) Viết các phương trình hoá học xảy ra. b) Tính khối lượng m của phoi bào sắt ban đầu. ( ĐS : 10,08 gam Fe ) 9.Dùng 1,568 lít khí H2 phản ứng đủ với 4 gam hỗn hợp 2 oxit thu được m gam hai kim loại A, B. Cho m gam A, B phản ứng hết với H2SO4 đặc nóng thu được 0,224 lít khí SO2. Biết thể tích khí đo ở đktc và A hóa trị II. a/ Tìm m? b/ Tìm công thức hóa học của hai oxit đem dùng. 10. Hỗn hợp khí SO2 và O2 có tỉ khối đối với hidro bằng 24, sau khi đun nóng hỗn hợp đó với chẩt xúc tác thu được hỗn hợp khí mới có tỉ khối đối với hidro bằng 30. a/ Xác định thành phần phần trăm về thể tích của hỗn hợp trước và sau phản ứng. b/ Tính thành phần mỗi khí tham gia phản ứng. 11.Hỗn hợp X gồm 3 kim loại ở trạng thái bột là K, Al, Fe được chia làm 3 phần bằng nhau: - Phần 1: Tác dụng với nước dư tạo ra 4,48 lít khí (đktc) - Phần 2: Tác dụng với dung dịch KOH dư tạo ra 7,84 lít khí (đktc). - Phần 3: Hòa tan hoàn toàn trong 0,5 lít dung dịch H2SO4 1,2M tạo ra 10,08 lít khí (đktc) và dung dịch Y. a/ Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp X.. b/ Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa, lọc kết tủa, rửa sạch rồi nung kết tủa trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn. Tìm m? (Giả thiết các phản ứng xảy ra hoàn toàn).