Hiệu suất phản ứng: Khái niệm, ý nghĩa và cách tính

Hiệu suất phản ứng là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực hoá học, đóng vai trò quyết định trong việc đánh giá hiệu quả của một phản ứng hóa học. Trong bài viết này yeuhoahoc.edu.vn sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về hiệu suất phản ứng, cách tính nó và cách áp dụng trong thực tế.

Hiệu suất phản ứng là gì?

Hiệu suất phản ứng đánh giá mức độ hoàn thành của một phản ứng hóa học và mức độ biến đổi các chất tham gia thành các sản phẩm mong muốn. Nó đo lường sự hiệu quả của quá trình phản ứng và cho biết phần trăm chất tham gia đã chuyển hóa thành sản phẩm trong điều kiện cụ thể.

Hiệu suất phản ứng trong hoá học được hiểu như thế nào?

Hiệu suất phản ứng trong hoá học là một khái niệm đo lường mức độ thành công của một phản ứng hóa học. Nó cho biết phần trăm chất tham gia đã được biến đổi thành các sản phẩm trong điều kiện cụ thể. Hiệu suất phản ứng đánh giá sự hiệu quả của quá trình phản ứng và có thể giúp xác định mức độ lãng phí và tối ưu hóa phản ứng.

Hiệu suất phản ứng thường được biểu thị dưới dạng phần trăm và tính toán bằng công thức sau:

$\mathrm{Hiệu} \mathrm{suất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} (\%) = \frac{\mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{sản} \mathrm{phẩm} \mathrm{thực} \mathrm{tế}}{\mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{sản} \mathrm{phẩm} \mathrm{lý} \mathrm{thuyết}} \mathrm{x} 100\%$

Trong đó:

• Khối lượng sản phẩm thực tế là khối lượng thực tế của sản phẩm thu được sau phản ứng.
• Khối lượng sản phẩm lý thuyết là khối lượng lý thuyết tối đa mà phản ứng có thể tạo ra dựa trên lý thuyết hóa học và lượng chất tham gia sử dụng.

Hiệu suất phản ứng thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các phản ứng hóa học trong thực tế và trong nghiên cứu hoá học. Nó giúp xác định liệu phản ứng đã diễn ra một cách hiệu quả hay cần điều chỉnh điều kiện thực hiện để tăng cường hiệu suất.

Công thức tính hiệu suất phản ứng

$\mathrm{Hiệu} \mathrm{suất} (\%) = \frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{tt}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{lt}}}\mathrm{x}100\%$

Trong đó:

• mtt: là lượng sản phẩm thu được sau khi thực hiện phản ứng.(gam)
• mlt: là lượng sản phẩm tối đa có thể thu được dựa vào phương trình phản ứng và lượng chất tham gia ban đầu. (gam)

Lưu ý:

• Hiệu suất được đo và biểu thị bằng đơn vị phần trăm (%).
• Lượng sản phẩm thực tế và lượng sản phẩm lý thuyết phải có cùng đơn vị.

Ngoài công thức trên, ta cũng có thể sử dụng công thức sau để tính hiệu suất phản ứng:

$\mathrm{Hiệu} \mathrm{suất} (\%) = \frac{{\mathrm{n}}_{\mathrm{tt}}}{{\mathrm{n}}_{\mathrm{lt}}}\mathrm{x}100\%$

Trong đó:

• ntt: là số mol sản phẩm thực tế (mol)
• nlt: là số mol sản phẩm lý thuyết (mol)

Từ công thức tính hiệu suất ta có thể suy ra công thức tính độ hao phí của phản ứng 

                        % Hao phí = 100% – % hiệu suất 

Một vài lưu ý khi làm bài tính toán hiệu suất trong hoá học 

Khi tính hiệu suất phản ứng trong hoá học, cần lưu ý một số điểm quan trọng sau:

Xác định chính xác khối lượng sản phẩm thực tế: Để tính hiệu suất, bạn cần biết khối lượng chính xác của sản phẩm thu được sau phản ứng. Sử dụng kỹ thuật phân tích lý hóa để đo lường chính xác.

Xác định khối lượng lý thuyết tối đa: Cần xác định khối lượng lý thuyết tối đa mà phản ứng có thể tạo ra dựa trên lý thuyết hóa học và lượng chất tham gia sử dụng. Điều này đòi hỏi hiểu biết về phản ứng và phân tử khối của các chất tham gia.

Sử dụng cùng đơn vị đo lường: Đảm bảo rằng cả khối lượng sản phẩm thực tế và khối lượng sản phẩm lý thuyết đều được đo bằng cùng một đơn vị đo lường, chẳng hạn gram hoặc kilogram.

Kiểm tra tính chất của sản phẩm: Đảm bảo rằng sản phẩm thu được là sản phẩm mong muốn và có tính chất hoá học chính xác.

Đảm bảo điều kiện thực hiện phản ứng ổn định: Hiệu suất có thể thay đổi dựa trên điều kiện thực hiện phản ứng như nhiệt độ, áp suất, và thời gian phản ứng. Để có kết quả chính xác, đảm bảo điều kiện thực hiện phản ứng ổn định và theo đúng quy trình.

Làm bài tập và thực hành thường xuyên: Hiệu suất phản ứng có thể được cải thiện thông qua việc làm bài tập và thực hành thường xuyên. Thực hành giúp bạn nắm vững quy trình tính hiệu suất và áp dụng nó vào thực tế.

Cách làm bài tập hiệu suất phản ứng

Xác định sản phẩm và reagent (chất tham gia phản ứng): Đầu tiên, xác định sản phẩm và chất tham gia phản ứng trong bài tập. Điều này có thể dựa trên phương trình hóa học hoặc mô tả bài toán.

Tính khối lượng lý thuyết tối đa (theoretical yield): Dựa trên lý thuyết hóa học và lượng chất tham gia đã cho, tính toán khối lượng lý thuyết tối đa của sản phẩm. Đây là khối lượng sản phẩm mà phản ứng có thể tạo ra nếu hoàn toàn hiệu suất.

Tính khối lượng sản phẩm thực tế (actual yield): Sau khi thực hiện phản ứng, đo lường khối lượng thực tế của sản phẩm thu được. Điều này là một bước quan trọng để đo hiệu suất thực tế của phản ứng.

Tính hiệu suất (percent yield): Sử dụng công thức tính hiệu suất phản ứng:

$\mathrm{Hiệu} \mathrm{suất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} (\%) = \frac{\mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{sản} \mathrm{phẩm} \mathrm{thực} \mathrm{tế}}{\mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{sản} \mathrm{phẩm} \mathrm{lý} \mathrm{thuyết}} \mathrm{x} 100\%$

Trong đó:

• Khối lượng sản phẩm thực tế là khối lượng thực tế của sản phẩm thu được sau phản ứng.
• Khối lượng sản phẩm lý thuyết là khối lượng lý thuyết tối đa mà phản ứng có thể tạo ra dựa trên lý thuyết hóa học và lượng chất tham gia sử dụng.

So sánh hiệu suất: So sánh hiệu suất thực tế với hiệu suất lý thuyết. Nếu hiệu suất thực tế cao hơn hiệu suất lý thuyết, điều đó có thể chỉ ra rằng phản ứng được thực hiện hiệu quả và ngược lại

Phân tích kết quả: Trong trường hợp hiệu suất thực tế thấp hơn hiệu suất lý thuyết, hãy xem xét nguyên nhân và các yếu tố có thể gây ra sự mất mát hoặc hao phí. Điều này có thể bao gồm các vấn đề về chất lượng hóa chất, điều kiện thực hiện phản ứng, hay sai sót trong thực hiện thí nghiệm.

Làm bài tập về hiệu suất phản ứng trong hoá học giúp bạn áp dụng kiến thức hóa học vào thực tế và hiểu cách đo lường hiệu suất của một phản ứng.

Bài tập áp dụng

Bài tập 1:

$$\begin{gathered} \mathrm{Trong} \mathrm{một} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{cháy}, 50\mathrm{g} \mathrm{etanol} ({\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH} ) \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{với} \mathrm{oxi} ( {\mathrm{O}}_2 ) \mathrm{để} \mathrm{tạo} \mathrm{ra} \mathrm{nước} \\ ( {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} ) \mathrm{và} \mathrm{khí} \mathrm{cacbonic}( {\mathrm{CO}}_2 ). \mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{nước} \mathrm{thu} \mathrm{được} \mathrm{sau} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{là} 36\mathrm{g}. \\ \mathrm{Tính} \mathrm{hiệu} \mathrm{suất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{của} \mathrm{quá} \mathrm{trình} \mathrm{cháy} \mathrm{này}. \end{gathered}$$

Lời giải

${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH} + 2{\mathrm{O}}_2 \to {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} + 2{\mathrm{CO}}_2$

a                  2a            a          2a

$$\begin{gathered} \mathrm{Xác} \mathrm{định} \mathrm{sản} \mathrm{phẩm} \mathrm{và} \mathrm{chất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{Sản} \mathrm{phẩm} \mathrm{là} \mathrm{nước} ( {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} ), \mathrm{chất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{là} \mathrm{etanol} ( {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH} ) \mathrm{và} \mathrm{oxi} \left({\mathrm{O}}_2\right). \\ \mathrm{Tính} \mathrm{khối} \mathrm{lượng} \mathrm{lý} \mathrm{thuyết} \mathrm{tối} \mathrm{đa} \mathrm{của} \mathrm{nước} \mathrm{bằng} \mathrm{cách} \mathrm{sử} \mathrm{dụng} \mathrm{khối} \mathrm{lượng} \mathrm{etanol} \\ \mathrm{Lời} \mathrm{giải} \\ \mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{nước} \mathrm{lý} \mathrm{thuyết} = \mathrm{khối} \mathrm{lượng} \mathrm{etanol} \left({\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}\right) \mathrm{ban} \mathrm{đầu} \\ \mathrm{Khối} \mathrm{lượng} \mathrm{nước} \mathrm{lý} \mathrm{thuyết} = 50\mathrm{g} \\ \mathrm{Tính} \mathrm{hiệu} \mathrm{suất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{bằng} \mathrm{công} \mathrm{thức}: \mathrm{Hiệu} \mathrm{Suất} (\%) = \frac{{\mathrm{m}}_{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{tt}}}}{{\mathrm{m}}_{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\mathrm{lt}}}} \mathrm{x} 100\% \Rightarrow \mathrm{Hiệu} \mathrm{Suất} =\frac{36 }{50}\mathrm{x} 100\% = 72\% \end{gathered}$$

Bài 2: Để điều chế 11.7 g NaCl thì cần bao nhiêu g Na và bao nhiêu lít Cl2 (đktc).

Biết H = 80%.

Lời giải

$$\begin{gathered} \mathrm{Phương} \mathrm{trình} \mathrm{phản} \mathrm{ứng}: \\ 2\mathrm{Na} + {\mathrm{Cl}}_2 —> 2\mathrm{NaCl} \\ 2 1 2 \\ 0,2 \mathrm{mol} 0,1 \mathrm{mol} 0,2 \\ \mathrm{ta} \mathrm{có}:={\mathrm{n}}_{\mathrm{NaCl}} =\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{M}}=\frac{11.7}{23+35.5}= 0,2 \mathrm{mol} \\ \mathrm{theo} \mathrm{phương} \mathrm{trình}: {\mathrm{n}}_{\mathrm{Na}} ={\mathrm{n}}_{\mathrm{NaCl}}=0.25\mathrm{mol} \Rightarrow {\mathrm{m}}_{{\mathrm{Na}}_{\mathrm{lt}}} = 0,2 \mathrm{x} 23 = 4,6\mathrm{g} \\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{Cl}}_2} =\frac{1}{2}\mathrm{x} {\mathrm{n}}_{\mathrm{NaCL}} = 0,1 \mathrm{mol} \\ \mathrm{mà} \mathrm{V} \mathrm{ở} \mathrm{đktc} —>{\mathrm{V}}_{{\mathrm{Cl}}_2} = \mathrm{n} \mathrm{x} 22,4 = 0,1 \mathrm{x} 22,4 = 2,24 \left(\mathrm{lít}\right) \\ \mathrm{Vậy} \mathrm{khối} \mathrm{lượng} \mathrm{của} \mathrm{Na} \mathrm{và} \mathrm{thể} \mathrm{tích} \mathrm{của} \mathrm{theo} \mathrm{lý} \mathrm{thuyết} \mathrm{là} 4.6 \left(\mathrm{g}\right) \mathrm{và} 2.24 \left(\mathrm{lít}\right) \\ \mathrm{theo} \mathrm{đề} \mathrm{bài} \mathrm{ta} \mathrm{có} \mathrm{hiệu} \mathrm{suất} \mathrm{phản} \mathrm{ứng} \mathrm{của} \mathrm{phương} \mathrm{trình} \%\mathrm{H} = 80\% \\ \mathrm{Áp} \mathrm{dụng} \mathrm{công} \mathrm{thức} \mathrm{tính} \mathrm{hiệu} \mathrm{suất} \mathrm{ta} \mathrm{có}:\%\mathrm{H} =\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{tt}}}{{\mathrm{m}}_{\mathrm{lt}}}= \mathrm{x} 100\% \\ —>{\mathrm{m}}_{{\mathrm{Na}}_{\mathrm{tt}}} =\frac{{\mathrm{m}}_{{\mathrm{Na}}_{\mathrm{lt}}} \mathrm{x}100\%}{\%\mathrm{H}}=\frac{4.6*100\%}{80\%} =5,75\mathrm{g} \\ —>{\mathrm{V}}_{{\mathrm{Cl}}_2} =\frac{2.24*100\%}{80\%} = 2,8 \mathrm{lít} \end{gathered}$$