Bảng công thức tính hiệu suất phản ứng
Hiệu suất phản ứng cho biết lượng sản phẩm thực tế thu được chiếm bao nhiêu phần trăm so với lượng sản phẩm tính theo lý thuyết. Trong thực tế, phản ứng hoá học thường không đạt 100% vì phản ứng không hoàn toàn, có phản ứng phụ, thất thoát khi lọc, bay hơi, chuyển chất hoặc do điều kiện thí nghiệm chưa tối ưu.
Ví dụ, nếu theo lý thuyết có thể thu được 10 gam sản phẩm nhưng thực tế chỉ thu được 8 gam, hiệu suất phản ứng là:
H% = 8/10 × 100% = 80%
Bài này nên đọc kèm hiệu suất phản ứng là gì, phương trình hoá học, bảng công thức tính số mol, bảng công thức tính khối lượng mol, bảng quy đổi mol-gam-lít-số hạt và tổng hợp công thức hoá học lớp 9.
Bảng công thức hiệu suất phản ứng thường gặp
| Đại lượng cần tính | Công thức | Lưu ý |
|---|---|---|
| Hiệu suất phản ứng | H% = lượng thực tế / lượng lý thuyết × 100% | Hai lượng phải cùng đại lượng và cùng đơn vị |
| Lượng thực tế | Lượng thực tế = lượng lý thuyết × H% / 100 | Dùng khi biết hiệu suất |
| Lượng lý thuyết | Lượng lý thuyết = lượng thực tế × 100 / H% | Dùng để suy ngược lượng tối đa |
| Hiệu suất theo khối lượng | H% = mtt / mlt × 100% | mtt, mlt cùng đơn vị gam |
| Hiệu suất theo số mol | H% = ntt / nlt × 100% | Áp dụng khi so cùng một chất |
| Hiệu suất theo thể tích khí | H% = Vtt / Vlt × 100% | Vtt, Vlt ở cùng điều kiện |
| Hao hụt | Hao hụt % = 100% – H% | Dùng khi đề hỏi phần mất mát |
Hiệu suất lý thuyết và thực tế là gì?
| Khái niệm | Ý nghĩa | Ví dụ |
|---|---|---|
| Lượng lý thuyết | Lượng sản phẩm tối đa tính từ phương trình, giả sử phản ứng hoàn toàn | Theo PTHH thu được tối đa 5,6 L H2 |
| Lượng thực tế | Lượng sản phẩm thật sự thu được trong thí nghiệm hoặc sản xuất | Thực tế chỉ thu được 4,48 L H2 |
| Hiệu suất | Tỉ lệ phần trăm giữa thực tế và lý thuyết | 4,48/5,6×100% = 80% |
Trong phần lớn bài phổ thông, lượng thực tế nhỏ hơn hoặc bằng lượng lý thuyết. Nếu tính ra hiệu suất lớn hơn 100%, cần kiểm tra lại dữ kiện, phương trình, đơn vị hoặc cách hiểu đề.
Cách giải bài toán hiệu suất phản ứng
| Bước | Cách làm | Lưu ý |
|---|---|---|
| Bước 1 | Viết và cân bằng phương trình hoá học | Không tính theo phương trình chưa cân bằng |
| Bước 2 | Tính lượng lý thuyết theo dữ kiện ban đầu | Dùng số mol và tỉ lệ phương trình |
| Bước 3 | Xác định lượng thực tế hoặc hiệu suất đề cho | Đọc kỹ đề: thực tế, lý thuyết, hao hụt |
| Bước 4 | Áp dụng công thức hiệu suất | H% = thực tế/lý thuyết×100% |
| Bước 5 | Kiểm tra đơn vị và kết quả | Hiệu suất thường không vượt 100% |
Ví dụ tính hiệu suất theo khối lượng
Đề bài: Nung CaCO3 thu được CaO. Theo lý thuyết thu được 11,2 gam CaO, nhưng thực tế chỉ thu được 8,96 gam. Tính hiệu suất.
Áp dụng công thức:
H% = mtt/mlt × 100%
H% = 8,96/11,2 × 100% = 80%
Vậy hiệu suất phản ứng là 80%.
Ví dụ tính lượng sản phẩm thực tế
Đề bài: Theo lý thuyết một phản ứng tạo được 20 gam sản phẩm. Hiệu suất phản ứng là 75%. Tính khối lượng sản phẩm thực tế.
mtt = mlt × H% / 100
mtt = 20 × 75 / 100 = 15 gam
Vậy thực tế thu được 15 gam sản phẩm.
Ví dụ tính lượng lý thuyết từ lượng thực tế
Đề bài: Một phản ứng có hiệu suất 80%, thực tế thu được 16 gam sản phẩm. Tính lượng sản phẩm theo lý thuyết.
mlt = mtt × 100 / H%
mlt = 16 × 100 / 80 = 20 gam
Vậy lượng lý thuyết là 20 gam.
Hiệu suất trong bài toán phương trình hoá học
Ví dụ: Nung 10 gam CaCO3. Tính khối lượng CaO thực tế thu được nếu hiệu suất phản ứng là 80%.
Phương trình:
CaCO3 → CaO + CO2
MCaCO3 = 100 g/mol, MCaO = 56 g/mol.
nCaCO3 = 10/100 = 0,1 mol
Theo phương trình, nCaO lý thuyết = 0,1 mol.
mCaO,lt = 0,1×56 = 5,6 gam
Vì hiệu suất 80%:
mCaO,tt = 5,6×80/100 = 4,48 gam
Vậy thực tế thu được 4,48 gam CaO.
Hiệu suất theo thể tích khí
Nếu sản phẩm là khí và cùng điều kiện đo, có thể tính hiệu suất theo thể tích:
H% = Vtt/Vlt × 100%
Ví dụ: Theo lý thuyết thu được 6,72 L khí H2, thực tế thu được 5,376 L. Tính hiệu suất.
H% = 5,376/6,72 × 100% = 80%
Lưu ý: thể tích thực tế và lý thuyết phải ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất.
Hiệu suất và hao hụt
Nếu đề cho hao hụt 20%, có nghĩa là hiệu suất còn lại là:
H% = 100% – 20% = 80%
Ví dụ: Theo lý thuyết thu được 50 gam sản phẩm, hao hụt 10%. Tính khối lượng thực tế.
Hiệu suất = 90%
mtt = 50×90/100 = 45 gam
Cần đọc kỹ đề vì “hao hụt” và “hiệu suất” là hai cách nói ngược nhau.
Hiệu suất theo chất tham gia
Một số bài không hỏi sản phẩm mà hỏi lượng chất tham gia cần dùng khi phản ứng có hiệu suất. Cách làm thường là:
- Tính lượng lý thuyết cần dùng từ phương trình.
- Nếu hiệu suất nhỏ hơn 100%, lượng chất ban đầu thực tế cần dùng thường lớn hơn lượng lý thuyết.
Ví dụ: Theo lý thuyết cần 10 gam chất A để tạo lượng sản phẩm yêu cầu. Nếu hiệu suất chỉ 80%, lượng A thực tế cần dùng là:
mA,tt = 10×100/80 = 12,5 gam
Dạng này dễ nhầm vì hiệu suất thấp làm lượng nguyên liệu cần dùng tăng lên.
Bài tập luyện tập
Bài 1
Theo lý thuyết thu được 12 gam sản phẩm, thực tế thu được 9,6 gam. Tính hiệu suất.
Lời giải: H% = 9,6/12×100% = 80%.
Bài 2
Hiệu suất phản ứng là 75%, lượng sản phẩm lý thuyết là 40 gam. Tính lượng sản phẩm thực tế.
Lời giải: mtt = 40×75/100 = 30 gam.
Bài 3
Thực tế thu được 18 gam sản phẩm với hiệu suất 90%. Tính lượng sản phẩm lý thuyết.
Lời giải: mlt = 18×100/90 = 20 gam.
Bài 4
Nung 20 gam CaCO3, hiệu suất 80%. Tính khối lượng CaO thực tế thu được.
Lời giải: nCaCO3 = 20/100 = 0,2 mol. Theo phương trình, nCaO = 0,2 mol. mCaO,lt = 0,2×56 = 11,2 gam. mtt = 11,2×80/100 = 8,96 gam.
Những lỗi thường gặp khi tính hiệu suất
Lỗi đầu tiên là lấy lý thuyết chia cho thực tế, làm hiệu suất lớn hơn 100%. Công thức đúng là thực tế chia lý thuyết rồi nhân 100%.
Lỗi thứ hai là so sánh hai đại lượng khác nhau. Ví dụ lấy khối lượng thực tế chia cho số mol lý thuyết là sai.
Lỗi thứ ba là quên cân bằng phương trình trước khi tính lượng lý thuyết.
Lỗi thứ tư là không phân biệt hiệu suất và hao hụt. Hao hụt 20% tương ứng hiệu suất 80%.
Lỗi thứ năm là dùng hiệu suất sai chiều khi tính nguyên liệu cần dùng. Nếu hiệu suất thấp, nguyên liệu cần dùng để đạt cùng lượng sản phẩm thường tăng.
Kết luận
Công thức quan trọng nhất của hiệu suất phản ứng là H% = lượng thực tế/lượng lý thuyết×100%. Muốn giải đúng, cần tính lượng lý thuyết bằng phương trình hoá học đã cân bằng, sau đó áp dụng hiệu suất theo đúng chiều. Hiệu suất có thể tính theo khối lượng, số mol hoặc thể tích khí, nhưng phải so sánh cùng một chất, cùng đại lượng và cùng đơn vị.
Tài liệu tham khảo
- IUPAC Gold Book – Yield: https://goldbook.iupac.org/terms/view/Y06745
- IUPAC Gold Book – Stoichiometric equation: https://goldbook.iupac.org/terms/view/S06024
- Royal Society of Chemistry – Percentage yield: https://edu.rsc.org/
- Chemistry LibreTexts – Percent Yield: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_Chemistry
