Вычисления по уравнениям химических реакций, если один из реагентов дан в избытке или содержит примеси. Вычисления массовой доли выхода продукта реакции

Научиться проводить расчёты по уравнениям реакций, когда один реагент в избытке или загрязнён примесями, и вычислять массовую долю выхода продукта.

В реальной химической промышленности и лабораториях реагенты редко бывают чистыми, а реакции редко протекают на 100%. Умение учитывать избыток, примеси и выход продукта позволяет рассчитывать необходимое количество сырья, прогнозировать количество продукта и оценивать эффективность процесса.

• Расчёт количества продукта всегда ведут по веществу, которое прореагировало полностью (находится в недостатке).
• Если один реагент дан в избытке, часть его остаётся неизрасходованной, и это не влияет на массу продукта.
• Примеси — это посторонние вещества, которые не участвуют в реакции, поэтому массу чистого вещества находят, вычитая массу примесей.
• Массовая доля примесей показывает, сколько процентов от общей массы образца приходится на посторонние вещества.
• Выход продукта реакции — это отношение реально полученной массы продукта к теоретически возможной, выраженное в процентах.
• Теоретический выход рассчитывают по уравнению реакции, предполагая, что реакция идёт полностью и без потерь.
• Практический выход всегда меньше теоретического из-за побочных реакций, потерь при переносе веществ и неполноты протекания реакции.

Избыток реагента

Это количество вещества, которое взято больше, чем нужно для полной реакции с другим реагентом. Часть его остаётся после реакции.

Недостаток реагента

Это количество вещества, которое полностью расходуется в реакции. Именно по нему ведут расчёт продуктов.

Примеси

Посторонние вещества, которые содержатся в реагенте и не участвуют в химической реакции.

Массовая доля примесей

Отношение массы примесей к общей массе образца, выраженное в процентах или долях.

Массовая доля выхода продукта

Отношение практически полученной массы продукта к теоретически возможной массе, выраженное в процентах.

Теоретический выход

Масса продукта, которая должна получиться по расчёту по уравнению реакции, если бы реакция прошла полностью и без потерь.

Практический выход

Масса продукта, которая реально получена в ходе эксперимента или производства.

• Расчёт по уравнению реакции ведут по количеству вещества (моль), используя молярные массы.
• Если известны массы двух реагентов, сначала определяют, какой из них в недостатке, сравнивая количества вещества (моль) с учётом коэффициентов уравнения.
• Массу чистого вещества в образце с примесями находят по формуле: m(чистого) = m(образца) * (1 - ω(примесей)), где ω — массовая доля примесей.
• Массовую долю выхода продукта вычисляют по формуле: η = (m(практ.) / m(теор.)) * 100%.
• Выход продукта всегда меньше или равен 100%, так как реальные потери неизбежны.
• При расчёте с избытком реагента, массу продукта определяют по веществу, которое полностью израсходовано (недостаток).

1. Пример 1случай
   • Если для реакции взяли 10 г цинка и 20 г соляной кислоты, то цинк может оказаться в недостатке, и расчёт водорода ведут по цинку, а кислота останется в избытке
2. Пример 2случай
   • Природный известняк содержит примеси (глину, песок)
   • Если для обжига взяли 100 г известняка с 10% примесей, то чистого карбоната кальция в нём только 90 г
3. Пример 3случай
   • В лаборатории при получении кислорода разложением перманганата калия часть газа может раствориться в воде или улетучиться, поэтому практический выход кислорода часто составляет около 90% от теоретического

• В промышленности для увеличения выхода продукта часто используют избыток одного из реагентов, чтобы сместить равновесие в нужную сторону (например, в реакции синтеза аммиака).
• Даже в идеальных условиях реакция не всегда идёт на 100%: например, при горении магния часть вещества может разлететься в виде дыма, снижая практический выход.
• Понятие выхода продукта используется не только в химии, но и в кулинарии: например, при выпечке хлеба масса готового изделия всегда меньше массы теста из-за испарения воды.

• При проведении расчётов не требуется специальных мер безопасности, но при выполнении реальных реакций с избытком реагентов важно помнить, что неизрасходованные вещества могут быть опасны (например, избыток кислоты или щёлочи).
• При работе с веществами, содержащими примеси, следует учитывать, что примеси могут вступать в побочные реакции, поэтому необходимо соблюдать осторожность и работать в вытяжном шкафу.

• Расчёты по химическим уравнениям (урок 59)
• Массовая доля растворённого вещества (урок 58)
• Химические реакции и их классификация (урок 30)
• Количество вещества. Моль (урок 29)