Các dạng bài toán tính Hiệu suất phản ứng tổng hợp SO3, O3 | Lý thuyết, công thức, các dạng bài tập và cách giải

Các dạng bài toán tính Hiệu suất phản ứng tổng hợp SO3, O3

A. Phương pháp & Ví dụ

Lý thuyết và Phương pháp giải

Trên thực tế hầu hết các phản ứng hóa học xảy ra không hoàn toàn, nghĩa là hiệu suất phản ứng (H%) dưới 100%.

Hiệu suất phản ứng được tính như sau:

Trừ trường hợp đề yêu cầu cụ thể tính hiệu suất phản ứng theo chất nào thì ta phải tính theo chất ấy. Còn khi ta biết lượng của nhiều chất tham gia phản ứng, để tính hiệu suất chung của phản ứng, ta phải:

So sánh tỉ lệ mol của các chất này theo đề cho và theo phản ứng.

- Nếu tỉ lệ mol so sánh là như nhau, thì hiệu suất phản ứng tính theo chất tham gia vào cũng cho cùng một kết quả.

- Nếu tỉ lệ mol so sánh là khác nhau, thì hiệu suất phản ứng không được tính theo chất luôn luônắn (ngay cả khi ta giả sử chất kia phản ứng hết).

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Trộn 3 mol SO₂ với 2 mol O₂, cho hỗn hợp vào bình kín có chứa sẵn chất xúc tác, bật tia lửa điện để phản ứng xảy ra. Sau phản ứng, đưa bình về điều kiện ban đầu thì thấy áp suất trong bình giảm đi 10%. Tính hiệu suất của phản ứng trên.

Hướng dẫn:

Gọi x là số mol oxi đã phản ứng, ta có:

Tổng số mol khí trước phản ứng là: 3 + 2 = 5 mol

Tổng số mol khí sau phản ứng là: 5 – x

Phản ứng: 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃

Ví dụ 2: Điều chế khí O₂ , người ta nhiệt phân KClO₃ có xúc tác MnO₂. Nếu tiến hành nhiệt phân 4,9 gam KClO₃ thì khối lượng oxi thu được là bao nhiêu? Biết hiệu suất phản ứng là 75%.

Hướng dẫn:

Ví dụ 3: Trong một bình kín dung tích không đổi chứa a mol O₂ và 2a mol SO₂ ở 100^oC, 10atm (có mặt xúc tác V₂O₅). Nung nóng bình một thời gian, sau đó làm nguội bình tới 100^oCC. Áp suất trong bình lúc đó là P. Thiết lập biểu thức tính P_p và tỉ khối (d) so với hiđro của hỗn hợp khí trong bình sau phản ứng theo hiệu suất phản ứng H. Hỏi P và d có giá trị trong khoảng nào?

Hướng dẫn:

Số mol hỗn hợp SO₂ và O₂: a + 2a = 3a (mol)

Phản ứng: 2SO₂ + O₂ → 2SO₃

Số mol SO₂ tham gia phản ứng: 2ah (mol)

Theo tỉ lệ phản ứng nhận thấy:

Cứ 2(mol) SO₂ phản ứng,làm số mol hỗn hợp giảm 1 (mol)

Vậy khi 2ah (mol) SO₂ phản ứng, làm số mol hỗn hợp giảm: ah (mol)

⇒ Số mol hỗn hợp sau phản ứng: 3a – ah = a(3 – h) (mol)

Áp dụng công thức: PV= nRT cho hỗn hợp ban đầu và hỗn hợp sau phản ứng, ta có: 

+) Khi h = 0 ⇒ P = 10 atm

+) Khi h = 1 ⇒ P = 20/3 atm

Do đó: 20/3 < P < 10

Khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp sau phản ứng:

+) Khi h = 0 ⇒ d = 80/3

+) Khi h = 1 ⇒ d = 40

Vậy giới hạn của tỉ khối d: 80/3 < d < 40

Ví dụ 4: Một bình kín đựng oxi ở nhiệt độ t^oC có áp suất P₁ (atm), sau khi phóng tia lửa điện để chuyển oxi thành ozon bình được đưa về nhiệt độ ban dầu, áp suất khí trong bình lúc này là P₂. Tiếp tục dẫn khí trong bình qua dung dịch KI (dư) thu được dung dịch A và 2,2848 lít khí (đktc).

a, Tính hiệu suất của quá trình ozon hóa. Biết rằng để trung hòa dung dịch A cần dùng 150ml dung dịch H₂SO₄ 0,08M.

b,Tính P₂ theo P₁.

Hướng dẫn:

a,Phương trình phản ứng:

b, Theo phương trình trạng thái khí lí tưởng. Nếu phản ứng xảy ra ở điều kiện nhiệt độ và thể tích không đổi thì ta có:

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Trong một bình kín dung tích không đổi chứa a mol SO₂, a mol O₂ và một ít bột xúc tác V₂O₅, áp suất và nhiệt độ trong bình là P atm và t^oC. Nung nóng bình một thời gian, sau đó đưa nhiệt độ bình về t^oC, áp suất trong bình lúc này là P. Lập biểu thức P’ theo P và H (hiệu suất phản ứng). Hỏi P’ có giá trị trong khoảng nào? Biết ở t^oC các chất đều ở thể tích khí.

Lời giải:

Đáp án:

Câu 2. Trong một bình kín dung tích không đổi chứa a mol SO₂ , a mol O₂ và một ít bột xúc tác V₂O₅; áp suất và nhiệt độ trong bình là P atm và t^oC. Nung nóng bình một thời gian, sau đó đưa nhiệt độ bình về t^oC, áp suất trong bình lúc này là P’. Lập biểu thức P theo P và h (hiệu suất phản ứng). Hỏi P’ có giá trị trong khoảng nào, biết rằng ở t^oC các chất đều ở thế khí.

Lời giải:

Đáp án:

Câu 3. Từ 800 tấn quặng pirit sắt (FeS₂) chứa 25% tạp chất không cháy, có thể sản xuất được bao nhiêu m³ dung dịch H₂SO₄ 93% (D = 1,83 g/ml)? Giả thiết tỉ lệ hao hụt là 5%.

A. 473 m³        B. 547 m³        C. 324 m³        D. 284m³

Lời giải:

Đáp án:

Phản ứng đốt cháy pirit sắt:

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂↑

     4                                      8 mol

Các phản ứng chuyển SO₂ thành H₂SO₄

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Lượng FeS₂ có trong 800 tấn quặng: 800 - (800. 0,25) = 600 tấn = 6.105 (kg)

Số mol FeS₂ = 6.105/ 120 = 5.103 kmol

Số mol FeS₂ thực tế chuyển thành SO₂: 5.103 .95%= 4750 (kmol)

Theo các phương trình phản ứng ta có số mol SO₂ bằng số mol H₂SO₄ và bằng 2 lần số mol FeS₂ đã phản ứng: 4750.2 = 9500 (kmol)

Lượng H₂SO₄ được tạo thành: 98. 9500 = 931000(kg)

Thể tích của dung dịch H₂SO₄ 93%: 931000/(1,83 ×0,93) = 547 m³

Câu 4. Đốt cháy hoàn toàn 80 gam pirit sắt trong không khí thu được chất rắn A và khí B. Lượng chất rắn A tác dụng vừa đủ với 200g H₂SO₄ 29,4%. Độ nguyên chất của quặng là:

A. 60%       B. 70%       C. 80%       D. 95%

Lời giải:

Đáp án: A

Phương trình phản ứng

4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

0,4                          0,2       0,8 mol

n_H2SO4 = (200 ×29,4)/(100×98) = 0,6 mol

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)3 + 3H₂O

0,2        0,6 mol

m_FeS2 = 0,4 × 120 = 48g; %FeS₂ = 48/80 × 100% = 60%

Câu 5. Nung nóng m gam PbS ngoài không khí sau một thời gian, thu được hỗn hợp rắn (có chứa một oxit) nặng 0,95 m gam. Phần trăm khối lượng PbS đã bị đốt cháy là

A. 74,69%       B. 95,00%       C. 25,31%       D. 64,68%

Lời giải:

Đáp án: A

m (g) 0,95m (g) → hh (PbO và PbS dư) + SO₂

Áp dụng ĐLBTKH ta có:

m_O = m – 0,95m = 0,05m (g) → n_O = 3,125.10-3m (mol)

Ta có: n_{PbS phản ứng} = n_PbO = n_O = 3,125.10-3m (mol)

Câu 6. Trộn 3 mol SO₂ với 2 mol O₂, cho hỗn hợp vào bình xin có chứa sẵn chất xúc tác, bật tia lửa điện để phản ứng xảy ra. Sau phản ứng, đưa bình về điều kiện ban đầu thì thấy áp suất trong bình giảm đi 10%, Vậy hiệu suất của phản ứng trên là:

A. 90%       B. 60,67%       C. 33,33%       D. 50,2%

Lời giải:

Đáp án: C

Gọi x là số mol oxi đã phản ứng, ta có:

Tổng số mol khí trước phản ứng là: 3 + 2 = 5 mol

Tổng số mol khí sau phản ứng là: 5 – x

Xem thêm các dạng bài tập và công thức Hoá học lớp 10 hay, chi tiết khác:

50 bài tập về hợp chất của lưu huỳnh

50 bài tập về Oxi

50 bài tập về Ozon (O3) và Hidropeoxit

50 bài tập về Axit Sunfuric (H2SO4) và muối Sunfat

50 bài tập về Lưu huỳnh (S)