Mục lục bài họcĐang ở d03-b2
Reacting masses, limiting reagent and yield
The three-step method
Every reacting-mass question follows the same route, and writing the three steps out is what stops you getting lost:
- convert what the question gives into moles;
- use the ratio in the balanced equation to get moles of the other substance;
- 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.
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:
- đổi thứ đề cho thành mol;
- dùng tỉ lệ trong phương trình đã cân bằng để sang mol của chất kia;
- 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.
Đốt cháy hoàn toàn $4.8$ g magie trong oxy dư. Tính khối lượng magie oxit thu được. Cho $A_{r}$: $\ce{Mg}=24$, $\ce{O}=16$.
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.
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 $M_{r}(\ce{H2O})=18$.
(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”.
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.