công thức tính hiệu suất

Trong hóa học, các phản ứng không xảy ra hoàn toàn, bạn luôn thu được lượng sản phẩm ít hơn thức tế, vì vậy bạn cần nắm được công thức tính hiệu suất phản ứng .

Tìm chất phản ứng hết

Cân bằng phương trình hóa học

Phương trình hóa học mô tả phản ứng của các chất bên vế trái (chất phản ứng) từ đó tạo thành sản phẩm (vế bên phải), nguyên nhân là vì phân tử không tự sinh ra hay mất đi trong quá trình phản ứng, cho nên mỗi nguyên tố sẽ được giữ nguyên ở cả 2 vế của phương trình.

Ví dụ :

Oxi phản ứng với glucozơ tạo thành cacbon đioxit và nước: 6O2+C2H12O6

Mỗi vế có 18 nguyên tử ôxi (O), 12 nguyên tử hiđro (H) và6 nguyên tử cacbon (C) ==> Phương trình đã cân bằng

Tính khối lượng mol của mỗi chất phản ứng

 Tìm khối lượng mol của mỗi nguyên tử trong hợp chất, sau đó cộng lại để có khối lượng mol của hợp chất, Tìm khối lượng mol cho một phân tử của hợp chất

Ví dụ, một phân tử ôxi (O2) có hai nguyên tử ôxi, Khối lượng mol của ôxi là 16 g/mol , 2 nguyên tử ôxi x 16 g/mol = 32 g/mol, khối lượng mol của phân tử (O2).

Ví dụ một chất phản ứng khác, glucozơ C6H12O6 có khối lượng mol là (6 nguyên tử O x 16 g O/mol)  + (12 nguyên tử H x 1 g H/mol) + (6 nguyên tử C x 12 g C/mol)= 180 g/mol

Đổi khối lượng mỗi chất phản ứng từ gam sang mol

Xem xét thí nghiệm chúng ta đang làm, sau đó ghi lại khối lượng mỗi chất phản ứng theo gam, chia giá trị này cho khối lượng mol của hợp chất để được số mol.
Ví dụ, giả sử bạn có 25 gam glucozơ và 40 gam ôxi
  • 40 g O/ (32 g/mol) = 1,25 mol ôxi
  • 25g OC6H12O2 / (180 g/mol) = khoảng 0,139 mol glucozơ

Tìm tỷ lệ phản ứng

Mol là đại lượng được các nhà hóa học sử dụng để “đếm” phân tử, bây giờ bạn đã biết số phân tử của mỗi chất phản ứng ban đầu, bạn hãy lập tỷ lệ số mol của chất phản ứng này với chất phản ứng khác để được tỷ lệ của hai phân tử.
  • Ban đầu bạn có 1,25 mol ôxi và 0,139 mol glucozơ
  • Tỷ lệ của phân tử ôxi với phân tử glucozơ là 1,25 / 0,139 = 9,0
  • Nghĩa là bạn có 9 phân tử ôxi cho mỗi phân tử glucozơ

Tìm tỷ lệ lý tưởng của phản ứng

Xem lại phương trình cân trên đây sẽ cho biết tỷ lệ phân tử lý tưởng: nếu bạn sử dụng tỷ lệ này, cả hai chất phản ứng sẽ được sử dụng hết cùng một lúc.
  • Vế trái của phương trình là  6O2+C6H12O6 , các hệ số cho biết có 1 phân tử glucozơ và 6 phân tử oxy vậy tỷ lệ lý tưởng của phản ứng này là 6 ôxi / 1 glucozơ = 6,0
  • Nhớ sắp xếp các chất phản ứng theo đúng thứ tự cho hai tỷ lệ
  • Nếu bạn sử dụng tỷ lệ glucozơ/ôxi cho lượng chất thực tế  và tỷ lệ ôxi/glucozơ cho phản ứng lý thuyết thì kết quả sau đó sẽ sai.

So sánh tỷ lệ để tìm ra chất phản ứng hết

Trong phản ứng hóa học, sẽ có một trong các chất phản ứng được sử dụng hết trước các chất khác, chất phản ứng hết này xác định thời gian phản ứng hóa học xảy ra, bạn hãy so sánh hai tỷ lệ mà bạn tính được để xác định chất phản ứng hết: 
  • Nếu tỷ lệ thực tế nhỏ hơn tỷ lệ lý tưởng thì bạn không có đủ chất phản ứng trên, vì vậy nó là chất phản ứng hết
  • Nếu tỷ lệ thực tế lớn hơn tỷ lệ lý tưởng thì bạn có nhiều chất phản ứng trên hơn cần thiết. Chất phản ứng dưới trong tỷ lệ chính là chất phản ứng hết
  • Trong ví dụ trên, tỷ lệ thực tế của oxi/glucozơ (9,0) lớn hơn tỷ lệ lý tưởng (6,0) nên chất phản ứng dưới, glucozơ, là chất phản ứng hết.

Tính lượng lý thuyết

Nhận biết sản phẩm mong muốn

Vế phải của phương trình hóa học là các sản phẩm được tạo thành từ phản ứng, mỗi sản phẩm đều có lượng lý thuyết, nghĩa là lượng sản phẩm bạn mong muốn thu được nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn.

  • Tiếp tục với ví dụ trên, bạn đang phân tích phản ứng 6O2+C6H12O6 , vế phải có hai sản phẩm là cacbon đioxit và nước, hãy tính lượng cacbon đioxit, CO2

Ghi lại số mol của chất phản ứng hết

Lượng lý thuyết là lượng sản phẩm được tạo ra trong điều kiện hoàn hảo, để tính giá trị này, ta bắt đầu với số mol chất phản ứng hết (Số mol này đã được hướng dẫn tìm trong mục tìm chất phản ứng hết)

  • Trong ví dụ trên, bạn biết glucozơ là chất phản ứng hết vì vậy bạn sẽ bắt đầu tính với 0,139 mol glucozơ.

Tìm tỷ lệ các phân tử trong chất phản ứng và sản phẩm 

Trở lại phương trình cân bằng, bạn lấy số phân tử chất phản ứng hết chia cho số phân tử sản phẩm mong muốn

  • Tỷ lệ của cacbon đioxit và glucozơ là 6/1 = 6 , nói cách khác, phản ứng tạo ra 6 phân tử cacbon đioxit từ một phân tử glucozơ
  • Phương trình cân bằng là  6O2+C6H12O6→ 6CO2+6O2 , có 6 phân tử sản phẩm mong muốn là cacbon đioxit CO2 , Có 1 phân tử chất phản ứng hết là glucozơ C6H12O6

Nhân tỷ lệ này với số mol chất phản ứng

Kết quả thu được là lượng lý thuyết của sản phẩm mong muốn theo mol:

Với 0,139 mol glucozơ và tỷ lệ của cacbon đioxit và glucozơ là 6, vậy thì lượng lý thuyết của cacbon đioxit là (6 mol cacbon đioxit / mol glucozơ) x  (0,139 mol glucozơ) = 0,834 mol cacbon đioxit

Chuyển kết quả sang gam

Nhân số mol với khối lượng mol của hợp chất ta tìm được lượng lý thuyết theo gam( Đây là đơn vị thuận tiện để sử dụng trong các thí nghiệm)

  • Ví dụ, khối lượng mol của CO2 là 44 g/mol (Khối lượng mol của ôxi là ~16 g/mol và cacbon là ~12 g/mol  vậy tổng cộng là 12 + 16 + 16 = 44)
  • Lấy 0,834 mol CO2 x 44 g/mol CO2 = ~36,7 gam ==> vậy lượng lý thuyết của ví dụ này là 36,7 gam CO2.

Công thức tính hiệu suất phần trăm

Hiệu suất phần trăm là gì

Lượng lý thuyết mà bạn vừa tính là lượng chất thu được khi mọi thứ diễn ra hoàn hảo, trong thí nghiệm thực tế, điều này không bao giờ xảy ra: các vấn đề không lường trước và tạp chất sẽ khiến chất phản ứng không chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm, đó là lý do tại sao các nhà hóa học sử dụng ba khái niệm khác nhau để chỉ sản lượng:

Hiệu suất phần trăm = ( Lượng Thực Tế / Lượng Lý Thuyết ) *100

Trong đó :

  • Lượng thực tế là lượng sản phẩm thực tế thu được, và được đo lường trực tiếp trên cân
  • Lượng lý thuyết là lượng sản phẩm tối đa mà phản ứng thu được

Ví dụ, hiệu suất phần trăm là 50%, nghĩa là lượng sản phẩm thu được chỉ bằng 50% lượng lý thuyết.

Ghi lại lượng thực tế của thí nghiệm

Nếu bạn tự mình thực hiện thí nghiệm, hãy thu sản phẩm tinh khiết , sau đó đem cân để tìm khối lượng của nó, nếu bạn làm bài tập về nhà thì đề bài sẽ cho lượng thực tế
  • Giả sử lượng thực tế của sản phẩm CO2 là 29 gam

Lấy lượng thực tế chia cho lượng lý thuyết

Nhớ sử dụng cùng đơn vị cho cả hai giá trị (thường là gam), như vậy kết quả sẽ là một giá trị không có đơn vị
  • Lượng thực tế là 29 gam trong khi lượng lý thuyết là 36,7 gam >>  29g/6,7 g = 0,79

Chuyển thành phần trăm bằng cách nhân với 100

Đây là hiệu suất phần trăm

  • 0,79 x 100 = 79, vậy hiệu suất phần trăm của thí nghiệm này là 79%. Bạn tạo được 79% của lượng CO2 tối đa theo lý thuyết.

Lời khuyên

  • Nếu hiệu suất phần trăm lớn hơn 100% (và bạn chắc chắn rằng các phép tính đều đúng) thì có thể sản phẩm của bạn không được tinh khiết, bạn cần phải làm sạch sản phẩm (như đem sấy khô hoặc lọc) và đem cân lại
  • Công thức tính hiệu suất phần trăm chính xác là:  ( Lượng Thực Tế / Lượng Lý Thuyết ) *100, nếu bạn lấy hai lượng này trừ cho nhau thì đó chính là công thức tính sai số phần trăm
  • Một số người nhầm lẫn hiệu suất phần trăm (lượng thu được thực tế trong tổng số có thể thu được) với sai số phần trăm (độ sai lệch của kết quả thí nghiệm so với kết quả mong muốn)
  • Nếu lượng thực tế lớn hơn lượng lý thuyết thì bạn đã sử dụng sai đơn vị trong các phép tính, Làm lại các phép tính và nhớ phải kiểm tra kỹ đơn vị của từng phép tính
  • Nếu bạn nhận được kết quả bất thường thì hãy kiểm tra đơn vị

==>> Xem thêm Khái niệm về rượu – Các công thức hóa học của rượu

Đánh giá bài viết

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *