Урок 14. Выход продукта реакции

В прошлом уроке мы научились, как правильно составлять полные уравнения химических реакций, которые используются главным образом для расчета ожидаемого выхода (количества продуктов) реакции и для определения того, останется ли в избытке какой-либо из реагентов после израсходования других реагентов. В уроке 14 «Выход продукта реакции» мы только и будем, что вычислять количество продукта реакции с помощью вышеупомянутых полных химических уравнений. Меньше слов — больше дела! Переходим сразу к разбору задач на выход продукта реакции.

Задачи на выход продукта реакции

Пример 1. Сколько граммов водорода требуется для соединения со 100,0 г углерода в реакции получения бензола, C6H6? Произведите расчет выхода продукта реакции?

Решение:

Для начала составим полное уравнение реакции образования C₆H₆ из С и H₂:

6C + 3H₂ → C₆H₆

Готово! Для тех кто забыл напоминаю, что вещества в левой части химического уравнения называются реагентами, а в правой части – продуктами. В нашем случае реагентами будут углерод C и водород H, а бензол C₆H₆ является продуктом реакции. Определим число молей углерода, вступающих в реакцию. По условию задачи в реакции участвует 100 г углерода, а из таблицы Менделеева нам известно, что масса одного моля углерода составляет 12,011 г/моль. Следовательно, чтобы найти число молей в 100 г углерода, следует:

100,0 г углерода / 12,011 г/моль = 8,326 моля углерода

Еще раз взгляните на полное уравнение реакции, обращая свое внимание на коэффициенты перед C и H₂. Нетрудно заметить, что число молей водорода в реакции участвует в два раза меньше, чем число молей углерода. Поэтому делим 8,326 на 2 и получаем 4,163 моля H₂, которые нам понадобятся для осуществления реакции. А теперь вычислим массу 4,163 молей H₂:

4,163 моля × 2,016 г/моль = 8,393 г водорода

Находим молярную массу бензола C₆H₆:

(6×12,011 г/моль) + (6×1,008 г/моль) = 78,11 г/моль

Из уравнения реакции следует, что количество молей бензола в 6 раз меньше, чем углерода, т.е 8,326/6 = 1,388 моля C₆H₆. Следовательно, масса образующегося бензола равно:

1,388 моля × 78,11 г/моль = 108,4 г бензола

Можно убедиться в правильности наших вычислений, сложив полученные массы реагентов: 100,0 г углерода + 8,4 г водорода = 108,4 г бензола. Закон сохранения массы соблюдается, значит мы вычислили количество продукта реакции верно.

Пример 2. Для получения сульфида серебра Ag₂S, химичка дала 10,00 г серебра и 1,00 г серы. Сколько граммов Ag₂S можно получить в ходе реакции? Какое из исходных веществ останется в избытке и в каком количестве?

Решение:

Составим полное уравнение реакции, а под ним запишем соответствующие массы реагентов и продукта, пользуясь молярными массами:

2Ag + S → Ag₂S
215,7 г + 32,06 г = 247,8 г

Далее определяем необходимое количество S для реакции с 10,00 г Ag. Для этого сначала вычисляем сколько серы прореагирует с 1 г серебра:

32,06 г S / 215,7 г Ag = 0,1486 г S

Теперь вычисляем сколько S вступит в реакцию с 10 г Ag:

0,1486 г S × 10,00 г Ag = 1,486 г S

Но химичка дала нам лишь 1,00 г серы, а значит не все имеющееся серебро прореагирует. Тогда попробуем подойти к задаче с другой стороны: можно сказать, что количество серебра, необходимое для полной реакции с 1,00 г серы, должно быть равно:

(215,7 г Ag / 32,06 г S) × 1,00 г S = 6,73 г Ag

Так как на реакцию с 1 г S требуется лишь 6,73 г Ag₂S из 10 г имеющихся, то 3,27 г Ag останется непрореагировавшим. Теперь можно ответить и на вопрос, какое количество Ag₂S образуется в итоге:

(247,8 г Ag₂S / 32,06 г S) × 1,00 г S = 7,73 г Ag₂S

Вы наверняка отметили, что задача была решена не стандартным способом, как в примере 1. Для решения этого примера использовался метод весовых отношений. Пользуясь им можно быстро решать подобные задачи, но проще запутаться, если вы не абсолютно уверены в своих действиях.

А теперь рассмотрим решение этой задачи обычным методом, основанным на использовании молей:

Сперва найдем число молей Ag и S, имеющихся в наличии:

10,00 г / 107,9 г/моль = 0,0927 моля Ag содержится в 10,00 г
1,00 г / 32,06 г/моль = 0,0312 моля S содержится в 1,00 г

Хорошо! Поскольку в уравнении реакции указано, что на 1 моль S расходуется 2 моля Ag, то умножим 0,0312×2 и получим 0,0624 моля Ag, а 0,0303 моля Ag останутся неиспользованными. Таким образом, 0,0312 моля серы должно прореагировать с 0,0624 моля серебра с образованием 0,0312 моля Ag₂S. Переведем эти количества молей снова в граммы:

0,0303 моля Ag × 107,9 г/моль = 3,27 г Ag в избытке
0,0312 моля Ag₂S × 247,8 г/моль = 7,73 г Ag₂S образуется

Ответ такой же, как в методе весовых отношений. Метод молей трудоемок, но более надежнее. Советую пользоваться именно методом молей, пока вы полностью не освоите химические расчеты.

Надеюсь из урока 14 «Выход продукта реакции» вы усвоили для себя насколько просто рассчитать выход реакции. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.