Массовые и объемные доли выхода продукта реакции

 

Как правило, в химических процессах или из-за неполного взаимодействия веществ, или наличия побочных реакций, или в связи с технологическими потерями вещества на разных этапах производства масса или объем полученного продукта обычно меньше того, что должно быть получено в соответствии с расчетами по химическим уравнениям. Практический выход составляет ту или иную часть от теоретически возможного и оценивается массовой или объемной долей выхода.

Массовая доля выхода продукта реакции обозначается ω_вых.. Это безразмерная величина, равная отношению практически полученной массы вещества m(Х)_практ. Или его количества п(Х)_практ. К рассчитанным теоретически массе или количеству вещества m(Х)_теор., п(Х)_теор..

 

Задачи для самостоятельного решения

Задача 57. При каталитическом окислении 10 кг оксида серы (IV) получили 10 кг оксида серы (VI). Вычислите массовую долю выхода SO₃. (Ответ: 80%).

Задача 58. Какую массу чистого железа можно получить из 1 т магнетита – руды, содержащей 75% Fe₃O₄, если массовая доля выхода 82%? (Ответ: 445 кг).

Задача 59. Получение уксусной кислоты карбидным способом включает трехстадийный процесс, идущий по схеме:

СаС₂ → С₂Н₂ → СН₃-СОН → СН₃СООН

Сколько уксусной кислоты можно получить из 1 кг чистого карбида кальция, если массовые доли выхода основного продукта на каждой стадии составляют: 99% на I, 80% на II и 95% на III стадии? (Ответ: 705 г).

Задача60. Определите массу 1 л газовой смеси, содержащей NO и NO₂ при н.у., если массы газов равны. (Ответ: 1,62 г)

Задача61. Какая масса хлорида бария теоретически необходима для полного осаждения сульфат-ионов из раствора, содержащего 0,1 моль сульфата железа (III)? (Ответ: 62,4 г).

Задача №62. Вычислите массовую долю кислорода в тринитрате глицерина. (Ответ: 63,44%).

Задача №63. Природный фосфорит содержит 95% ортофосфата кальция. Сколько дигидрофосфата кальция можно получить из 1 т фосфорита при его обработке избытком ортофосфорной кислоты, если выход: а) 100%; б) 80%? (Ответ: а) 2151 кг; б) 1721 кг).

Задача №64. При сжигании 8,6 г углеводорода получили 12, 6 г Н₂О. какой объем кислорода (н.у.) израсходован на горение? (Ответ: 21,28 л).

Задача №65. При термическом разложении KClO₃ может протекать реакция

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂

Какая масса KClO₃ подверглась такому превращению, если образовалось 0,3 моль О₂ (н.у.) с выходом 80%? Ответ: 30,625 г)

Задача №66. Какой объем аммиака (н.у.) необходим для получения 1 т безводной азотной кислоты, если выход основного вещества на каждой стадии составляет 80%? (Ответ: 694,4 м³).

 

Термохимические расчеты

 

Протекание химической реакции сопровождается изменением внутренней энергии реагирующих веществ, в результате чего происходит изменение температурного режима. Любая химическая реакция состоит из двух процессов: а) разрыв существующих химических связей в молекулах исходных веществ; б) образовании новых химических связей в продуктах реакции. На разрыв связей расходуется энергия, а при возникновении новых связей энергия выделяется. В тех реакция, где на разрыв химических связей затрачивается энергии больше, чем ее выделяется при образовании связей в молекулах образующихся продуктов реакции, энергия поглощается, что сопровождается понижением теплоты. Это эндотермические реакции. Если при образовании новых связей в молекулах продуктов реакции энергии выделяется больше, чем ее израсходовалось на разрыв существующих связей, реакция сопровождается выделением энергии, что внешне выражается выделением теплоты. Это экзотермические реакции. Химические уравнения, в которых указаны тепловые эффекты реакций, называются термохимическими уравнениями. Теплота химической реакции пропорциональна количеству вступившего в реакцию или образовавшегося вещества. На основании этого производятся расчеты. Подобные уравнения записываются с указанием выделившейся (+) или поглощенной (-) теплоты, измеряемой кДж, например,:

PbO + CO = Pb + CO₂ + 64 кДж.

Задачи для самостоятельного решения

Задача № 67. При соединении 4,2 г железа с серой выделилось7,15 кДж теплоты. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.

Задача № 68. При сжигании 6,5 г цинка выделилось 34,8 кДж теплоты. Составить термохимическое уравнение реакции.

Задача № 69. Термохимическое уравнение реакции разложения известняка:

СаСО₃ = СаО + СО₂ - 157 кДж

Какое количество теплоты затрачивается на разложение 1 кг известняка?

Задача № 70. Термохимическое уравнение реакции горения фосфора:

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅ + 3010 кДж

Сколько теплоты выделится при сгорании 31 г фосфора?

Задача № 71. Термохимическое уравнение горения этилена:

С₂Н₄ + 3О₂ = 4СО₂ + 2Н₂О + 1400 кДж

Какое количество теплоты выделится, если в реакцию вступило: а) 1 моль кислорода; б) 16 г кислорода; 336 л (н.у.) кислорода?