Mục lục bài họcĐang ở d03-b2
← IGCSE Chemistry
0/24 bài đã học xong
Chương 3 · Stoichiometry · Bài 2/2 của chương · bài 6/24 của IGCSE Chemistry

Reacting masses, limiting reagent and yield

Khối lượng phản ứng, chất hết trước và hiệu suất
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

The three-step method

Every reacting-mass question follows the same route, and writing the three steps out is what stops you getting lost:

  1. convert what the question gives into moles;
  2. use the ratio in the balanced equation to get moles of the other substance;
  3. convert those moles into what the question asks for.

The equation ratio applies to moles only. Applying it to masses is the commonest structural error in the chapter, and it gives a wrong answer that looks entirely reasonable.

Balance the equation first

Reading the ratio off an unbalanced equation produces a wrong ratio, and everything after it inherits the error. For

$$\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$$

the ratio $\ce{Mg}:\ce{MgO}$ is $2:2$, that is $1:1$. From the unbalanced version it would look like $1:1$ as well — but for $\ce{Mg}:\ce{O2}$ it is $2:1$, not $1:1$.

Limiting reagent

When the question gives amounts of two reactants, one of them runs out first and decides how much product forms. To find it: convert both to moles, then divide each by its coefficient in the equation. The smaller result is the limiting reagent.

Percentage yield and purity

$$\%\text{ yield}=\frac{\text{actual mass obtained}}{\text{theoretical mass}}\times 100$$$$\%\text{ purity}=\frac{\text{mass of pure substance}}{\text{mass of impure sample}}\times 100$$

Yield is below $100\%$ in real experiments because some product is lost in transfer or filtering, the reaction may be reversible and not go to completion, or side reactions produce something else.

Empirical and molecular formula

From percentages: divide each percentage by that element's $A_{r}$, then divide all the answers by the smallest. That gives the empirical formula — the simplest whole-number ratio.

To get the molecular formula, divide the true $M_{r}$ by the empirical formula mass, and multiply every subscript by that number.

Giải thích tiếng Việt

Phương pháp ba bước. Mọi bài tính theo phương trình đều đi cùng một đường, và viết ba bước ra giấy là thứ giữ cho mình không lạc:

  1. đổi thứ đề cho thành mol;
  2. dùng tỉ lệ trong phương trình đã cân bằng để sang mol của chất kia;
  3. đổi số mol đó thành thứ đề hỏi.

Tỉ lệ trong phương trình chỉ áp cho số mol. Áp nó cho khối lượng là lỗi cấu trúc phổ biến nhất của chương, và nó cho ra một đáp số trông hoàn toàn hợp lý.

Cân bằng phương trình trước. Đọc tỉ lệ từ một phương trình chưa cân bằng cho ra tỉ lệ sai, và mọi bước sau đó thừa hưởng sai lầm ấy. Với

$$\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$$

tỉ lệ $\ce{Mg}:\ce{MgO}$ là $2:2$, tức $1:1$; nhưng tỉ lệ $\ce{Mg}:\ce{O2}$ là $2:1$, không phải $1:1$. Đây là chỗ mà việc quên cân bằng lộ ra.

Chất hết trước. Khi đề cho lượng của hai chất phản ứng, một chất sẽ hết trước và quyết định lượng sản phẩm. Cách tìm: đổi cả hai sang mol, rồi chia mỗi số cho hệ số của nó trong phương trình. Kết quả nhỏ hơn ứng với chất hết trước.

Hiệu suất và độ tinh khiết.

$$\%\text{ hiệu suất}=\frac{\text{khối lượng thực tế thu được}}{\text{khối lượng lý thuyết}}\times 100$$$$\%\text{ tinh khiết}=\frac{\text{khối lượng chất nguyên chất}}{\text{khối lượng mẫu}}\times 100$$

Hiệu suất thực tế dưới $100\%$ vì một phần sản phẩm mất khi chuyển bình hay khi lọc, vì phản ứng có thể thuận nghịch và không chạy hết, hoặc vì có phản ứng phụ tạo ra chất khác.

Công thức đơn giản nhất và công thức phân tử. Từ phần trăm: chia mỗi phần trăm cho $A_{r}$ của nguyên tố đó, rồi chia tất cả kết quả cho số nhỏ nhất. Được công thức đơn giản nhất — tỉ lệ nguyên nhỏ nhất.

Muốn ra công thức phân tử: chia $M_{r}$ thật cho khối lượng của công thức đơn giản nhất, rồi nhân mọi chỉ số với con số đó.

đề CHO khối lượng, thể tích, nồng độ mol chất A ↓ tỉ lệ phương trình CÂN BẰNG mol chất B → đổi ra thứ đề HỎI Ba bước, không bao giờ hai — luôn phải đi qua MOL Tỉ lệ phương trình chỉ áp cho MOL, không áp cho khối lượng. Sai phổ biến nhất: nhân khối lượng với tỉ lệ phương trình, bỏ hẳn hai bước đổi ở hai đầu. Ra đáp số trông hợp lý, nên không có gì tự tố cáo.
Hai mũi tên ngoài cùng là hai bước đổi đơn vị; mũi tên giữa là hoá học. Bỏ một trong ba là bài sai, và bỏ hai bước đổi là lỗi hay gặp nhất.
Ví dụ — ba bước, làm đủ

Đốt cháy hoàn toàn $4.8$ g magie trong oxy dư. Tính khối lượng magie oxit thu được. Cho $A_{r}$: $\ce{Mg}=24$, $\ce{O}=16$.

Giải.

Bước 0 — cân bằng phương trình.

$$\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$$

Bước 1 — đổi thứ đề cho thành mol.

$$n(\ce{Mg})=\frac{4.8}{24}=0.20\ \text{mol}$$

Bước 2 — dùng tỉ lệ phương trình. Tỉ lệ $\ce{Mg}:\ce{MgO}$ là $2:2$, tức $1:1$.

$$n(\ce{MgO})=0.20\ \text{mol}$$

Bước 3 — đổi mol thành thứ đề hỏi. $M_{r}$ của $\ce{MgO}=24+16=40$.

$$m=n\times M_{r}=0.20\times 40=8.0\ \text{g}$$

Kiểm bằng bảo toàn khối lượng. Sản phẩm nặng hơn magie ban đầu vì oxy đã cộng vào: $8{,}0-4{,}8=3{,}2$ g oxy, tức $\dfrac{3{,}2}{32}=0{,}1$ mol $\ce{O2}$. Đúng tỉ lệ $\ce{Mg}:\ce{O2}=0{,}2:0{,}1=2:1$ ✓.

Cách làm sai hay gặp. Nhân thẳng $4{,}8$ với tỉ lệ $1:1$ rồi ghi $4{,}8$ g $\ce{MgO}$ — bỏ hẳn hai bước đổi ở hai đầu. Con số $4{,}8$ g vẫn hợp lý về mặt độ lớn, nhưng nó vi phạm bảo toàn khối lượng: sản phẩm không thể nặng bằng kim loại ban đầu khi đã có oxy cộng vào.

Ví dụ — chất hết trước và hiệu suất

Cho $0.30$ mol $\ce{H2}$ phản ứng với $0.20$ mol $\ce{O2}$ theo $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$. (a) Xác định chất hết trước. (b) Tính số mol nước tạo thành theo lý thuyết. (c) Thực tế chỉ thu được $4.5$ g nước; tính hiệu suất. Cho $M_{r}(\ce{H2O})=18$.

Giải.

(a) Chia mỗi số mol cho hệ số của nó trong phương trình.

$$\ce{H2}:\ \frac{0.30}{2}=0.15\qquad \ce{O2}:\ \frac{0.20}{1}=0.20$$

Kết quả nhỏ hơn ứng với chất hết trước, nên $\ce{H2}$ là chất hết trước.

Kiểm bằng lập luận trực tiếp: $0{,}30$ mol $\ce{H2}$ cần $0{,}15$ mol $\ce{O2}$, mà đề cho tới $0{,}20$ mol — vậy oxy còn dư và hiđro hết trước ✓.

(b) Sản phẩm tính theo chất hết trước. Tỉ lệ $\ce{H2}:\ce{H2O}$ là $2:2$, tức $1:1$.

$$n(\ce{H2O})=0.30\ \text{mol}$$

Khối lượng lý thuyết: $0{,}30\times 18=5{,}4$ g.

(c) Hiệu suất.

$$\%\text{ hiệu suất}=\frac{4.5}{5.4}\times 100=83\%$$

Vì sao phải dùng chất hết trước. Nếu tính theo $\ce{O2}$ thì được $0{,}40$ mol nước — nhưng để tạo ngần ấy nước cần $0{,}40$ mol $\ce{H2}$, mà chỉ có $0{,}30$. Phản ứng dừng lại khi hiđro hết, bất kể còn bao nhiêu oxy.

Đây là lý do câu hỏi cho hai lượng chất phản ứng luôn là câu hỏi về chất hết trước — nếu chỉ cần một chất, đề đã ghi “chất kia dư”.

Bẫy hay mất điểm — Áp tỉ lệ phương trình cho khối lượng thay vì cho số mol. Đề cho $4{,}8$ g magie và phương trình $\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$ với tỉ lệ $1:1$; bài làm viết luôn “$4{,}8$ g $\ce{MgO}$”. Phép suy luận nghe có vẻ hợp lý — tỉ lệ một một thì lượng bằng nhau — nhưng tỉ lệ ấy nói về số hạt, và một hạt $\ce{MgO}$ nặng hơn một hạt $\ce{Mg}$ vì đã cộng thêm một nguyên tử oxy. Bẫy này ăn điểm rất chắc vì đáp số sai vẫn ở đúng bậc độ lớn và cùng đơn vị. Có một phép kiểm bắt được nó mọi lần: bảo toàn khối lượng. Magie cháy trong oxy thì sản phẩm phải nặng hơn magie ban đầu, vì oxy đã cộng vào — ra đúng $4{,}8$ g là biết ngay đã bỏ mất phần khối lượng của oxy. Cách chặn triệt để hơn: viết ba bước ra giấy thành ba dòng riêng, và không cho phép mình đi từ dòng một sang dòng ba.
Phải nhớ — Mọi bài tính theo phương trình đều là ba bước: đổi sang mol, dùng tỉ lệ, đổi ra thứ đề hỏi. Tỉ lệ chỉ áp cho mol, và chỉ đọc được từ phương trình đã cân bằng. Cho hai lượng chất phản ứng nghĩa là câu hỏi về chất hết trước — chia mỗi số mol cho hệ số của nó, số nhỏ hơn thắng. Và hiệu suất luôn tính so với lượng lý thuyết của chất hết trước đó.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Stoichiometry gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →