Действием каких факторов можно увеличить выход продуктов реакции

Для увеличения выхода продуктов данной химической реакции необходимо смещение химического равновесия в сторону продуктов реакции. Применим принцип Ле-Шателье.

1) увеличить температуру системы, т.к. процесс эндотермический

(∆r H0Т > 0), в соответствии с изобарой Вант-Гоффа:

(dlnKp /dT) = ∆r H0Т /(RT2) ;

2) увеличить концентрацию (парциальное давление) исходного газа СО2 – дополнительный ввод газа;

снижать концентрацию (парциальное давление) продукта реакции СО – отводить газ из сферы реакции;

3) понизить общее давление в системе, т.к. прямая реакция идет с увеличением числа молей газообразных веществ.

ЗАДАЧА 4. Химическая кинетика.

Для заданной химической реакции nА + mВ ® AnBm

Т1, К Т2, К k1 k2 t , мин С0 , моль/л
5 .10-5 л2×моль-2×с-1 2 .10-1 л2×моль-2×с-1 0,1

1. Рассчитайте энергию активации по значениям констант скорости реакции k1 и k2 при температурах Т1 и Т2 , соответственно. Дайте определение и предложите способы изменения энергии активации.

Зависимость константы скорости реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса:

где R = 8,31 Дж/(моль×К) – универсальная газовая постоянная.

Для заданной химической реакции:

ln(2 .10-1/5 .10-5)=Еакт. (400 – 330 ) / 8,31. 400 . 330, решаем уравнение и получаем: Еакт =130 кДж/моль.

Энергия активации – энергия, необходимая для перехода реагирующих частиц в состояние активированного комплекса. Энергию активации можно уменьшить с помощью катализатора.

2. Определите количество вещества (моль/л), израсходованного за указанное время t при температуре Т2 , если начальная концентрация реагентов одинакова и равна С0 .

По размерности константы скорости химической реакции,

[ k ] = [л2×моль-2×с-1] , определяем порядок химической реакции: n=3.

Изменение концентрации исходных веществ по времени при одинаковой начальной концентрации исходных веществ для реакции третьего порядка рассчитывается по уравнению:

где с – текущая концентрация веществ в момент времени τ,

с0 – начальная концентрация веществ, k – константа скорости,

τ – время.

Рассчитаем текущую концентрацию исходных веществ с в момент времени τ =30мин =1800 сек при температуре 400 К,

k2= 2 .10-1 л2×моль-2×с-1:

,

решаем уравнение и получаем: с = 0,035 моль/л.

Количество вещества (моль/л), израсходованного за 30 минут при температуре 400 К:

Δс = с0 – с = 0,1- 0,035= 0,065 моль/л.

Рассчитайте период полупревращения для вашей реакции при температуре

Т2 . Определите, от каких факторов зависит период полупревращения для вашей реакции.

Рассчитаем период полупревращения τ1/2 для реакции 3-го порядка при температуре 400 К.

= 750 сек.

Для реакции 3-го порядка период полупревращения зависит от температуры, природы и концентрации реагентов.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица. Термодинамические характеристики некоторых веществ

веществоН0298, кДж/моль DG 0298, кДж/моль S 0298 , Дж/моль.К с0р, 298 Дж/моль.К
Cd 51,76  
CdCl2 -256,1 -342,6 115,3  
Co 30,04 24,6
CoO -239 52,7 78,6
CoCl2 -310 -267 109,6
Cu 33,3 24,51
CuO -165,3 -127 42,64 44,78
CuCl2 -205,9 -166,1
СО2 (г) -393,51 -394,38 213,68 37,41
Cr 23,76 23,35
CrCl3 -554,8 122,9 91,8
Сl2 (г) 222,96 33,93
Fe 27,15 24,98
FeO -263,7 -244,3 58,79 49,92
Fe2O3 -821,32 -741,5 89,96 48,12
FeS -100,5 -100,9 60,33  
FeCl2 -341 -301,7 120,1  
H2O (г) -241,82 -228,61 188,7 33,61
Н2О (ж) -285,84 -237,2 70,08 89,33
H2S (г) -20,17 -33,01 205,6 33,44
Ni 29,86 26,05
NiO -239,7 -216,5 38,07 44,27
NiS -94,1 52,99  
Mo 28,58 23,75
MoO2 -589,3 46,51 55,91
O2 (г) 205,04 29,37
Pb 64,9 26,82
PbO2 -276,6 -219 76,44 62,89
SO2 (г) -296,9 -300,4 248,1 39,87
W 32,76 24,8
WO3 -841,3 81,6 79,7
V2O5 -1557
V2O3 -1219
Zn 41,59 25,48
ZnS -201 -239,8 57,7 46,02
ZnO -349 -318,2 43,5 40,25

Таблица. Термодинамические характеристики некоторых веществ и ионов

Вещество Δ0298,
кДж/моль
fG0298,
кДж/моль
S0298,
Дж/моль.K
Ср298 Дж/моль.К
Al(к) 28,33 24,35
Al2O3(к) −1675,69 −1582,27 50,92 79,04
C(графит) 5,74 8,54
CO(г) −110,53 −137,15 197,55 29,14
CO2(г) −393,51 −394,37 213,66 37,44
COCl2(г) −219,50 −265,31 283,64 57,76
CH4(г) −74,85 −50,79 186,19 35,71
C2H2(г) 226,75 209,2 200,8 43,93
C2H4(г) 52,28 68,11 219,4 43,56
C2H6(г) −84,68 −32,89 229,5 52,64
C3H8(г) −104,0 −23,49 269,9 73,51
C6H6(г) 82,93   269,2 81,67
CH3OH(ж) −238,6 −166,23 126,8 81,60
CaO(к) −635,5 −604,2 39,7 42,05
CaCO3(к) −1207,1 −1128,76 92,88 83,47
Cl2(г) 222,96 33,93
Cu(к) 33,14 24,43
Cu2O(к) −173,18 −150,56 92,93 63,64
CuSO4(к) −770,90 −661,79 109,2 98,87
CuCl(к) −133,6 −116,0 91,2 48,53
CuO(к) −165,0 −127,0 42,64 42,30
Fe(к) 27,15 24,98
FeO(к) −263,7 −244,3 58,79 49,92
Fe2O3(к) −822,16 −740,98 89,96 103,76
H2(г) 130,58 28,83
HCl(г) −92,3 −95,27 186,69 29,14
HI(г) 25,94 1,3 206,3 29,16
H2O(г) −241,82 −228,61 188,7 33,61
H2O(ж) −285,84 −237,2 70,08 75,30
H2O2(ж) −187,8 −120,4 109,6 89,33
H2S(г) −20,17 −33,01 205,6 33,44
I2(к) 116,73 54,44
I2(г) 62,24 19,4 260,58 36,90
KCl(к) −435,9 −408,3 82,7 51,49
K(к) 64,18 29,58
LiOH(к) −487,8 −443,9 42,7 49,58
     
Li2O(к) −598,7 −562,1 37,9 39,51
Mg(к) 32,55 24,89
MgO(к) −601,24 −569,4 26,94 37,20
MgCO3(к) −1095,85 −1012,12 65,10 76,11
MgSO4(к) −1287,42 −1173,25 91,55 95,60
Mg(OH)2(к) −924,66 −833,75 63,14 76,99
Na(к) 51,21 28,24
NaCl(к) −411,12 −384,13 72,13 50,81
NH3(г) −46,19 −16,66 192,5 35,16
NO(г) 90,37 86,71 210,62 29,86
NO2(г) 33,5 51,8 240,45 36,66
N2O4(г) 9,66 98,28 304,3 79,16
O2(г) 205,04 29,37
PbO(к) −219,28 −189,10 66,11 45,81
PbSO4(к) −920,48 −813,67 148,57 103,22
PtCl4(к) −229,28 −163,80 267,88 150,86
PtCl2(к) −106,69 −93,35 219,79 75,52
S(к) 31,88 22,68
SO2(г) −296,9 −300,4 248,1 39,87
SO3(г) −395,2 −370,4 256,23 50,09
PCl3(г) −287,02 −267,98 311,71 71,84
PCl5(г) −374,89 −305,10 364,47 112,97
Ti(к) 30,6 25,02
TiO2(к) −933,03 −877,65 49,92 55,21
Zn(к) 41,59 25,44
ZnO(к) −349,0 −318,2 43,5  
ZnSO4(к) −981,36 −870,12 110,54 99,06
Al3+(р) −529,69 −489,80    
Cd2+(р) −75,31 −77,65    
Fe2+(р) −87,86 −84,88    
Fe3+(р) −47,70 −10,54    
H+(р)    
Ni2+(р) −53,14 −45,56    
Pb2+(р) 1,63 −24,30    
Zn2+(р) −153,64 −147,16    
Читайте также:  От каких продуктов отказаться что бы не было целлюлита

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных



Поиск по сайту:

Источник

Утром меня разбудил телефонный звонок. Звонила моя ученица Лена Д. Со слезами в голосе она начала говорить, что ЕГЭ по химии точно завалит, потому как даже “такая простая и понятная 35 задача” может включать фишку на выход реакции, не считая кучи других “садистских приколов”. Лена скинула мне ВК условие злополучной 35-й задачи: “При гидратации 31,50 г этиленового углеводорода образовалось 23,76 г органического вещества. Выход продукта составил 60 %. Определите молекулярную формулу углеводорода и установите его структуру, если известно, что при его жёстком окислении перманганатом калия образуются кетон и кислота. Напишите уравнение реакции углеводорода с водой, в уравнении изобразите структурные формулы органических веществ”

В своей практике я, действительно, столкнулась с парадоксом, когда очень толковые ребята, хорошо знающие химию, жутко боятся элементарных расчетов на степень превращения вещества и выход продукта реакции. Их начинает терзать сомнение: “А справлюсь ли я на ЕГЭ?!” Такие переживания могут зайти далеко и перерасти в никому не нужную депрессию. Думаю, вы тоже сталкивались с аналогичными проблемами. Что делать? Я предлагаю все трудности преодолевать вместе. Вначале мы повторим тему “Выход продукта реакции”, поучимся решать задачи, обязательно разберем 35-ю задачу, предложенную моей ученицей, а в конце статьи я расскажу вам секретное упражнение, которое нужно выполнять всякий раз, когда вы начинаете сомневаться в собственных силах и способностях. Упражнение так и называется “У меня все получится!”. Итак, поехали!

Выход продукта реакции (выход реакции) – это коэффициент, определяющий полноту протекания химической реакции. Он численно равен отношению количества (массы, объема) реально полученного продукта к его количеству (массе, объему), которое может быть получено по стехиометрическим расчетам (по уравнению реакции).

Решим задачи на выход продукта реакции, используя Четыре Заповеди. Каждое действие обводится зеленым овалом. Читайте внимательно и обязательно записывайте решение каждой задачи. После проработки статьи попробуйте самостоятельно решить все разобранные задачи.

Задача 1

При действии алюминия на оксид цинка массой 32,4 г получили 24 г цинка. Определите выход продукта реакции

1) Первая Заповедь. Выписать данные задачи в разделе “Дано”

2) Вторая Заповедь. Написать уравнение реакции

Повторим теорию химии. Способ восстановления металлов алюминием – алюмотермия. Следует помнить: металлы, стоящие в ряду активности левее (более активные) восстанавливают металлы, стоящие правее, из расплавов оксидов или растворов солей

Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Cr→Zn→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→(H)→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au

3. Третья Заповедь. Сделать предварительные расчеты по данным условия задачи и по уравнению реакции

В условии задачи представлены данные по одному из реагентов (оксиду цинка) и по одному из реально полученных продуктов (цинку). Составляем два досье, в каждом – масса, молярная масса, количество вещества (моль). Для цинка (продукт), масса и количество вещества – практические, т.к. продукт был получен реально.

Теоретическое значение продукта рассчитываем по уравнению реакции. Точка расчета – количество вещества реагента (оксида цинка). Расчеты выполняем на основании закона кратных отношений по схеме: точку расчета делим на коэффициент при этом веществе, умножаем на коэффициент при искомом веществе и получаем результат. Выписывать отдельно пропорцию для расчетов не обязательно. Это – Легкие Расчеты по уравнениям реакций, которые не противоречат закону кратных отношений, но значительно упрощают решение задач по химии.

4. Четвертая заповедь. Составить алгоритм решения задачи.

Формулизируем вопрос задачи “Определите выход продукта реакции”, – записываем соответствующую формулу и анализируем ее компоненты.

Подробно разберем решение обратной задачи: по известному выходу реакции определим неизвестное значение реагента или продукта.

Читайте также:  Какие продукты нельзя есть кормящей маме в первые месяцы

Задача 2

Определите массу оксида алюминия, которая может быть получена из 23,4 г гидроксида алюминия, если выход реакции составляет 92% от теоретически возможного.

1) Первая Заповедь. Выписать данные задачи в разделе “Дано”.

2) Вторая Заповедь. Написать уравнение реакции.

Небольшой экскурс в теорию химии. Многие нерастворимые в воде гидроксиды разлагаются при нагревании. Продукты разложения – оксиды соответствующих металлов и вода.

3. Третья Заповедь. Сделать предварительные расчеты по данным условия задачи и по уравнению реакции

Составляем досье на реагент (гидроксид алюминия) – определяем его молярную массу и количество вещества (моль). По уравнению реакции рассчитываем теоретическое количество продукта (оксида алюминия). Расчеты выполняем на основании закона кратных отношений по схеме: точку расчета делим на коэффициент при этом веществе, умножаем на коэффициент при искомом веществе и получаем результат.

4. Четвертая заповедь. Составить алгоритм решения задачи.

Формулизируем вопрос задачи “Определите массу оксида алюминия”, т.е. записываем формулу расчета массы, которая для нас, как для химиков, должна быть представлена произведением количества вещества на молярную массу. Анализируем компоненты формулы: молярную массу определяем по таблице Менделеева, количество вещества (практическое) рассчитываем по формуле выхода реакции.

Решим на закрепление еще несколько обратных задач с выходом реакции.

Задача 3

Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите массу карбоната натрия для получения оксида углерода (IV) массой 56,1 г. Практический выход продукта 85%.

Задача 4

При действии оксида углерода (II) на оксид железа (III) получено железо массой 11,2 г. Найдите массу использованного оксида железа (III), если выход реакции составляет 80%.

Задача 5

При взаимодействии железа с хлором получено 10 г соли, что составляет 85% от теоретически возможного. Сколько граммов железа было взято для реакции с хлором?

В этой статье я не буду разбирать пошагово 35-ю задачу ЕГЭ, предложенную моей ученицей. На фото – подробное решение. Тот, кто уже решал аналогичные задачи, поймет без дополнительных объяснений. Для всех остальных – обязательно будем наслаждаться анализом этой задачи (и не только этой) в следующей статье. Обещаю ДРАЙВ!

Задача 35 ЕГЭ (восстановлена по памяти моей ученицы)

При гидратации 31,50 г этиленового углеводорода образовалось 23,76 г органического вещества. Выход продукта составил 60 %. Определите молекулярную формулу углеводорода и установите его структуру, если известно, что при его жёстком окислении перманганатом калия образуются кетон и кислота. Напишите уравнение реакции углеводорода с водой, в уравнении изобразите структурные формулы органических веществ

Вернемся к проблеме, которую я затронула в начале статьи. Что делать, если резко упала самооценка, ты чувствуешь себя полным идиотом и боишься не справиться с трудными заданиями ЕГЭ? Все очень просто – выполни секретное упражнение “У меня все получится!” Я подсмотрела его на просторах Интернета (автора не знаю) и модифицировала это упражнение под себя и своих учеников:

1. Сядь в спокойной обстановке, закрой глаза, успокой дыхание. Сосредоточься на своей цели. Представь, что у тебя уже все получилось и ты достиг всего, к чему стремился.

2. Сожми ладони вместе перед собой и прижми их к груди. Обратись к Высшему Разуму (как ты его себе представляешь – Бог, Вселенная, Космос, Мир, Природа) с просьбой реализовать твою цель и мечты.

3. Побудь в таком состоянии несколько минут, затем встань, расправь плечи и стряхни с себя все плохое.

В конце статьи хочу привести цитату из стихотворения американского поэта Эдгара Геста, который был очень популярен 100 лет назад:

“И ты не верь тому, кто скажет: “Это слишком сложно!”
Не слушай тех, кто будет утверждать, что это невозможно,
Не бойся трудностей – скорей берись за дело,
Гони сомненья прочь – к мечте иди решительно и смело!”

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии https://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Звоните мне +7(903) 186-74-55. Приходите ко мне на курс, на Мастер-классы “Решение задач по химии” – и вы сдадите ЕГЭ с высочайшими баллами, и станете студентом престижного ВУЗа!

PS! Если вы не можете со мной связаться из-за большого количества звонков от моих читателей, пишите мне в личку ВКонтакте, или на Facebook. Я обязательно отвечу вам.

Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова

Источник

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.

Читайте также:  Какие продукты исключить для сушки

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.

Источник