I. GIỚI THIỆU VỀ HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG

1. Hiệu suất phản ứng là gì?

Định nghĩa: Hiệu suất phản ứng hóa học là tỉ số phần trăm giữa lượng sản phẩm thu được thực tế so với lượng sản phẩm tính theo lý thuyết từ phương trình hóa học.

Ký hiệu:

• H hoặc η (chữ cái Hy Lạp “eta”)
• Thường dùng ký hiệu H\% trong chương trình phổ thông

Đơn vị: Phần trăm (\%)

Giá trị: Hiệu suất phản ứng luôn thỏa mãn điều kiện: $$0\% < H \leq 100\%$$

Ý nghĩa:

• H = 100\%: Phản ứng xảy ra hoàn toàn, không có thất thoát
• H < 100\%: Phản ứng không hoàn toàn hoặc có thất thoát
• H càng cao → Phản ứng càng hiệu quả
• H = 0\%: Phản ứng không xảy ra

2. Tại sao hiệu suất không đạt 100\%?

Trong thực tế, hiệu suất phản ứng hóa học thường không đạt 100\% do nhiều nguyên nhân:

Nguyên nhân khách quan:

Phản ứng không xảy ra hoàn toàn: Một số phản ứng chỉ xảy ra một phần, không thể chuyển hóa hết chất phản ứng thành sản phẩm.

Phản ứng thuận nghịch (đạt cân bằng hóa học): Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng, tồn tại đồng thời cả chất phản ứng và sản phẩm. Ví dụ: phản ứng este hóa, tổng hợp amoniac.

Có phản ứng phụ xảy ra: Chất phản ứng có thể tham gia các phản ứng phụ khác, tạo ra sản phẩm không mong muốn.

Điều kiện phản ứng chưa tối ưu: Nhiệt độ, áp suất, xúc tác chưa đạt mức tối ưu để phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Nguyên nhân chủ quan:

Thất thoát trong quá trình tách, tinh chế: Khi tách sản phẩm ra khỏi hỗn hợp, lọc, rửa, kết tinh… luôn có một phần sản phẩm bị thất thoát.

Sai số thực nghiệm: Do dụng cụ, phương pháp đo lường, kỹ thuật thao tác chưa chính xác.

Chất phản ứng không tinh khiết: Nếu chất đầu chứa tạp chất, lượng chất phản ứng thực tế ít hơn so với tính toán.

3. Phân chia theo chương trình

Lớp 8-9 (Cơ bản):

• Phản ứng đơn giản, một giai đoạn
• Tính toán theo khối lượng
• Không có chất dư, phản ứng phụ
• Công thức: $H\% = \frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} \times 100\%$

Lớp 10-11 (Nâng cao):

• Phản ứng phức tạp hơn
• Tính toán theo số mol, thể tích
• Có chất dư, nhiều giai đoạn
• Phản ứng vô cơ đa dạng

Lớp 12 (Chuyên sâu):

• Phản ứng hữu cơ (este hóa, trùng hợp…)
• Phản ứng thuận nghịch
• Hiệu suất phản ứng đặc trưng của từng loại
• Ứng dụng công nghiệp

II. CÔNG THỨC HIỆU SUẤT CƠ BẢN

1. Công thức tổng quát

📌 Công thức chính (Áp dụng cho mọi trường hợp):

$$\boxed{H\% = \frac{\text{Lượng thực tế}}{\text{Lượng lý thuyết}} \times 100\%}$$

Trong đó:

• Lượng thực tế: Lượng sản phẩm thu được trong thực nghiệm
• Lượng lý thuyết: Lượng sản phẩm tính toán theo phương trình hóa học
• H\%: Hiệu suất phản ứng, tính bằng phần trăm

Công thức này có thể áp dụng cho nhiều đại lượng:

• Khối lượng (m) – đơn vị: gam (g)
• Số mol (n) – đơn vị: mol
• Thể tích (V) – đơn vị: lít (l) hoặc ml

Lưu ý quan trọng:

• Lượng thực tế luôn nhỏ hơn hoặc bằng lượng lý thuyết
• Hiệu suất luôn có giá trị từ 0\% đến 100\%
• Nếu tính ra H\% > 100\% → Có sai sót trong quá trình tính toán

2. Công thức theo khối lượng (Lớp 8-9)

Công thức:

$$\boxed{H\% = \frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} \times 100\%}$$

Trong đó:

• $m_{thực\ tế}$: Khối lượng sản phẩm thu được thực tế (g)
• $m_{lý\ thuyết}$: Khối lượng sản phẩm tính theo phương trình hóa học (g)

Cách tính khối lượng lý thuyết:

1. Viết phương trình hóa học (PTHH)
2. Tính số mol chất phản ứng
3. Dựa vào PTHH, tính số mol sản phẩm
4. Tính khối lượng sản phẩm: $m = n \times M$

Ví dụ cơ bản:

Đốt cháy 12g magie (Mg) trong không khí, thu được 18g magie oxit (MgO). Biết theo lý thuyết phải thu được 20g MgO. Tính hiệu suất phản ứng?

Giải:

Áp dụng công thức: $$H\% = \frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} \times 100\% = \frac{18}{20} \times 100\% = 90\%$$

Kết luận: Hiệu suất phản ứng là 90\%.

3. Công thức theo số mol (Lớp 10-11)

Công thức:

$$\boxed{H\% = \frac{n_{thực\ tế}}{n_{lý\ thuyết}} \times 100\%}$$

Trong đó:

• $n_{thực\ tế}$: Số mol sản phẩm thu được thực tế (mol)
• $n_{lý\ thuyết}$: Số mol sản phẩm tính theo phương trình hóa học (mol)

Ưu điểm: Tính toán nhanh hơn, đặc biệt khi đề bài cho dữ liệu theo mol.

Lưu ý: Công thức này tương đương với công thức theo khối lượng vì: $$\frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} = \frac{n_{thực\ tế} \times M}{n_{lý\ thuyết} \times M} = \frac{n_{thực\ tế}}{n_{lý\ thuyết}}$$

4. Công thức theo thể tích (Khí)

Công thức:

$$\boxed{H\% = \frac{V_{thực\ tế}}{V_{lý\ thuyết}} \times 100\%}$$

Trong đó:

• $V_{thực\ tế}$: Thể tích khí sản phẩm thu được thực tế (lít hoặc ml)
• $V_{lý\ thuyết}$: Thể tích khí sản phẩm tính theo phương trình (lít hoặc ml)

Điều kiện áp dụng:

• Sản phẩm ở thể khí
• Thể tích được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất

Lưu ý quan trọng:

• Nếu đề cho ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc), sử dụng: $V = n \times 22.4$ (lít)
• Nếu không cùng điều kiện, phải quy đổi về cùng điều kiện hoặc tính theo mol

5. Liên hệ giữa các đại lượng

A. Từ hiệu suất tính lượng thực tế

Công thức:

$$\boxed{m_{thực\ tế} = m_{lý\ thuyết} \times \frac{H\%}{100\%}}$$

$$\boxed{n_{thực\ tế} = n_{lý\ thuyết} \times \frac{H\%}{100\%}}$$

$$\boxed{V_{thực\ tế} = V_{lý\ thuyết} \times \frac{H\%}{100\%}}$$

Ứng dụng: Khi biết hiệu suất và lượng lý thuyết, tính lượng thực tế thu được.

B. Từ hiệu suất tính lượng cần dùng

Công thức:

Ứng dụng: Khi cần điều chế một lượng sản phẩm nhất định với hiệu suất cho trước, tính lượng chất ban đầu cần dùng.

Giải thích: Vì phản ứng không hoàn toàn (H\% < 100\%), nên phải dùng nhiều chất ban đầu hơn so với lý thuyết.

III. HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG LỚP 8-9

1. Dạng cơ bản – Một phản ứng đơn giản

Đặc điểm:

• Phản ứng một chiều, một giai đoạn
• Không có chất dư
• Tính toán theo khối lượng
• Là dạng bài cơ bản nhất

Phương pháp giải:

Bước 1: Viết phương trình phản ứng hóa học (cân bằng)

Bước 2: Tính số mol các chất phản ứng (từ khối lượng)

Bước 3: Dựa vào phương trình, tính số mol sản phẩm lý thuyết

Bước 4: Tính khối lượng sản phẩm lý thuyết

Bước 5: Áp dụng công thức hiệu suất

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 5.4g nhôm (Al) trong oxi, thu được 8.16g nhôm oxit (Al₂O₃). Tính hiệu suất phản ứng? (Cho Al = 27, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Viết phương trình phản ứng: $$4Al + 3O_2 \xrightarrow{t°} 2Al_2O_3$$

Bước 2: Tính số mol Al: $$n_{Al} = \frac{m_{Al}}{M_{Al}} = \frac{5.4}{27} = 0.2 \text{ mol}$$

Bước 3: Theo phương trình hóa học: $$n_{Al_2O_3} = \frac{n_{Al}}{2} = \frac{0.2}{2} = 0.1 \text{ mol}$$

Bước 4: Tính khối lượng Al₂O₃ lý thuyết:

• Khối lượng mol Al₂O₃: $M = 27 \times 2 + 16 \times 3 = 102$ g/mol
• Khối lượng: $m_{Al_2O_3\ (lý\ thuyết)} = 0.1 \times 102 = 10.2$ g

Bước 5: Tính hiệu suất: $$H\% = \frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} \times 100\% = \frac{8.16}{10.2} \times 100\% = 80\%$$

Kết luận: Hiệu suất phản ứng là 80\%.

2. Dạng tính lượng chất cần dùng

Đặc điểm: Biết lượng sản phẩm cần thu được và hiệu suất, tính lượng chất ban đầu cần dùng.

Phương pháp:

1. Tính lượng sản phẩm lý thuyết từ lượng thực tế và hiệu suất
2. Dựa vào phương trình, tính ngược lại lượng chất ban đầu

Ví dụ 2: Muốn điều chế được 11.2g sắt (Fe) từ sắt(III) oxit (Fe₂O₃) với hiệu suất phản ứng là 80\%, cần bao nhiêu gam Fe₂O₃? (Cho Fe = 56, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Viết phương trình: $$Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t°} 2Fe + 3H_2O$$

Bước 2: Tính số mol Fe thực tế: $$n_{Fe\ (thực\ tế)} = \frac{11.2}{56} = 0.2 \text{ mol}$$

Bước 3: Tính số mol Fe lý thuyết: $$n_{Fe\ (lý\ thuyết)} = \frac{n_{Fe\ (thực\ tế)}}{H\%} = \frac{0.2}{0.8} = 0.25 \text{ mol}$$

Bước 4: Theo phương trình, tính mol Fe₂O₃: $$n_{Fe_2O_3} = \frac{n_{Fe}}{2} = \frac{0.25}{2} = 0.125 \text{ mol}$$

Bước 5: Tính khối lượng Fe₂O₃:

• $M_{Fe_2O_3} = 56 \times 2 + 16 \times 3 = 160$ g/mol
• $m_{Fe_2O_3} = 0.125 \times 160 = 20$ g

Kết luận: Cần 20g Fe₂O₃.

3. Dạng cho hiệu suất từng giai đoạn

Đặc điểm: Phản ứng xảy ra qua nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn có hiệu suất riêng.

Công thức tích hiệu suất:

$$\boxed{H_{tổng} = H_1 \times H_2 \times H_3 \times … \times H_n}$$

Giải thích:

• Chất ban đầu → Sản phẩm trung gian 1 (hiệu suất H₁)
• Sản phẩm 1 → Sản phẩm trung gian 2 (hiệu suất H₂)
• …
• Hiệu suất chung = tích các hiệu suất từng bước

Ví dụ 3: Điều chế chất C từ chất A qua 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: A → B với hiệu suất H₁ = 90\%
• Giai đoạn 2: B → C với hiệu suất H₂ = 80\%

Tính hiệu suất chung của quá trình A → C?

Lời giải:

Hiệu suất chung: $$H_{tổng} = H_1 \times H_2 = 90\% \times 80\% = 0.9 \times 0.8 = 0.72 = 72\%$$

Kết luận: Hiệu suất chung của quá trình là 72\%.

Giải thích:

• Từ 100 phần A → thu được 90 phần B (do H₁ = 90\%)
• Từ 90 phần B → thu được 72 phần C (vì 90 × 80\% = 72)
• Vậy từ 100 phần A cuối cùng chỉ thu được 72 phần C

IV. HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG LỚP 10-11

1. Phản ứng có chất dư

Đặc điểm: Có nhiều chất phản ứng, một chất hết, các chất khác còn dư.

Nguyên tắc quan trọng:

Hiệu suất LUÔN tính theo chất phản ứng hết (chất thiếu)

Cách xác định chất hết:

Bước 1: Tính tỉ lệ $\frac{n}{\text{hệ số}}$ của mỗi chất phản ứng

Bước 2: Chất nào có tỉ lệ nhỏ hơn → Chất đó hết trước (chất thiếu)

Bước 3: Tính lượng sản phẩm theo chất hết

Ví dụ 4: Cho 0.3 mol nhôm (Al) phản ứng với 0.4 mol axit clohidric (HCl) với hiệu suất 75\%. Tính khối lượng muối nhôm clorua (AlCl₃) thu được? (Cho Al = 27, Cl = 35.5, H = 1)

Lời giải:

Bước 1: Viết phương trình: $$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$$

Bước 2: Xác định chất hết:

• Tỉ lệ Al: $\frac{0.3}{2} = 0.15$
• Tỉ lệ HCl: $\frac{0.4}{6} = 0.067$

So sánh: $0.15 > 0.067$ → HCl hết, Al dư

Bước 3: Tính theo HCl (chất hết): $$n_{AlCl_3\ (lý\ thuyết)} = \frac{n_{HCl}}{3} = \frac{0.4}{3} \text{ mol}$$

Bước 4: Tính số mol thực tế (có hiệu suất): $$n_{AlCl_3\ (thực\ tế)} = \frac{0.4}{3} \times 75\% = \frac{0.4}{3} \times 0.75 = 0.1 \text{ mol}$$

Bước 5: Tính khối lượng:

• $M_{AlCl_3} = 27 + 35.5 \times 3 = 133.5$ g/mol
• $m_{AlCl_3} = 0.1 \times 133.5 = 13.35$ g

Kết luận: Khối lượng AlCl₃ thu được là 13.35g.

2. Phản ứng nhiều giai đoạn

Đặc điểm: Phản ứng xảy ra qua nhiều bước liên tiếp, mỗi bước có hiệu suất riêng.

Phương pháp:

• Tính hiệu suất tổng = tích các hiệu suất từng giai đoạn
• Tính lượng sản phẩm cuối theo hiệu suất tổng

Ví dụ 5: Từ 11.2 lít khí CO₂ (đktc) điều chế canxi cacbonat (CaCO₃) qua 2 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ (H₁ = 90\%)
• Giai đoạn 2: $Na_2CO_3 + CaCl_2 \rightarrow CaCO_3 + 2NaCl$ (H₂ = 85\%)

Tính khối lượng CaCO₃ thu được? (Cho Ca = 40, C = 12, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Tính số mol CO₂: $$n_{CO_2} = \frac{V}{22.4} = \frac{11.2}{22.4} = 0.5 \text{ mol}$$

Bước 2: Tính hiệu suất chung: $$H_{tổng} = H_1 \times H_2 = 90\% \times 85\% = 0.9 \times 0.85 = 0.765 = 76.5\%$$

Bước 3: Theo các phương trình:

• CO₂ → Na₂CO₃ (tỉ lệ 1:1)
• Na₂CO₃ → CaCO₃ (tỉ lệ 1:1)
• Vậy: CO₂ → CaCO₃ (tỉ lệ 1:1)

$$n_{CaCO_3\ (lý\ thuyết)} = n_{CO_2} = 0.5 \text{ mol}$$

Bước 4: Tính số mol thực tế: $$n_{CaCO_3\ (thực\ tế)} = 0.5 \times 76.5\% = 0.3825 \text{ mol}$$

Bước 5: Tính khối lượng:

• $M_{CaCO_3} = 40 + 12 + 16 \times 3 = 100$ g/mol
• $m_{CaCO_3} = 0.3825 \times 100 = 38.25$ g

Kết luận: Khối lượng CaCO₃ thu được là 38.25g.

3. Phản ứng có nhiều sản phẩm

Đặc điểm: Một chất phản ứng tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau.

Lưu ý quan trọng:

• Hiệu suất tính riêng cho từng sản phẩm
• Mỗi sản phẩm có thể có hiệu suất khác nhau
• Không cộng hiệu suất các sản phẩm

Ví dụ 6: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp khí gồm CH₄ và C₂H₆. Biết hiệu suất tạo thành CO₂ là 85\%, hiệu suất tạo thành H₂O là 90\%. Nếu theo lý thuyết thu được 0.5 mol CO₂ và 1 mol H₂O, tính lượng thực tế của mỗi sản phẩm?

Lời giải:

Sản phẩm CO₂: $$n_{CO_2\ (thực\ tế)} = n_{CO_2\ (lý\ thuyết)} \times H_{CO_2}$$ $$= 0.5 \times 85\% = 0.425 \text{ mol}$$

Sản phẩm H₂O: $$n_{H_2O\ (thực\ tế)} = n_{H_2O\ (lý\ thuyết)} \times H_{H_2O}$$ $$= 1 \times 90\% = 0.9 \text{ mol}$$

Kết luận:

• Thu được 0.425 mol CO₂
• Thu được 0.9 mol H₂O

4. Phản ứng thuận nghịch (cân bằng hóa học)

Đặc điểm:

• Phản ứng xảy ra theo cả hai chiều
• Đạt trạng thái cân bằng, tồn tại đồng thời chất phản ứng và sản phẩm
• Hiệu suất = \% chuyển hóa chất phản ứng

Định nghĩa: Hiệu suất (hay độ chuyển hóa) là tỉ lệ \% chất phản ứng đã chuyển thành sản phẩm.

$$H\% = \frac{n_{\text{đã phản ứng}}}{n_{\text{ban đầu}}} \times 100\%$$

Ví dụ 7: Phản ứng tổng hợp amoniac: $$N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$$

Ban đầu có 1 mol N₂. Sau phản ứng còn lại 0.6 mol N₂. Tính hiệu suất phản ứng?

Lời giải:

Số mol N₂ đã phản ứng: $$n_{N_2\ (đã\ phản\ ứng)} = 1 – 0.6 = 0.4 \text{ mol}$$

Hiệu suất: $$H\% = \frac{0.4}{1} \times 100\% = 40\%$$

Kết luận: Hiệu suất phản ứng là 40\%, tức là có 40\% N₂ đã chuyển thành NH₃.

V. HIỆU SUẤT PHẢN ỨNG ESTE HÓA (LỚP 12)

1. Đặc điểm phản ứng este hóa

Phản ứng tổng quát:

$$R-COOH + R’-OH \xrightarrow[H_2SO_4\ đặc]{t°} R-COO-R’ + H_2O$$ $$\text{(Axit)} + \text{(Ancol)} \rightleftharpoons \text{(Este)} + \text{(Nước)}$$

Đặc điểm quan trọng:

Phản ứng thuận nghịch: Este hóa và thủy phân este xảy ra đồng thời, đạt trạng thái cân bằng.

Hiệu suất thường không cao: Thông thường 60-70\%, hiếm khi đạt 80-90\%.

Cần xúc tác: Thường dùng H₂SO₄ đặc làm xúc tác và chất hút nước.

Cần đun nóng: Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ khoảng 140-170°C.

Phản ứng chậm: Cần thời gian để đạt cân bằng (thường vài giờ).

2. Công thức tính hiệu suất este hóa

📌 Công thức theo số mol:

$$\boxed{H\% = \frac{n_{este\ tạo\ thành}}{n_{axit\ (hoặc\ ancol)\ ban\ đầu}} \times 100\%}$$

Lưu ý quan trọng:

• Nếu axit và ancol phản ứng theo tỉ lệ 1:1 → Tính theo chất nào cũng được
• Nếu có chất dư → Tính theo chất ít mol hơn (chất hết)

3. Công thức tính theo khối lượng este

Công thức:

$$\boxed{H\% = \frac{m_{este\ thu\ được}}{m_{este\ lý\ thuyết}} \times 100\%}$$

Cách tính:

1. Tính số mol este lý thuyết từ phương trình
2. Tính khối lượng este lý thuyết: $m = n \times M$
3. So sánh với khối lượng thực tế

4. Ví dụ minh họa

Ví dụ 8: Este hóa 12g axit axetic (CH₃COOH) với etanol (C₂H₅OH) dư, thu được 11g etyl axetat (CH₃COOC₂H₅). Tính hiệu suất phản ứng? (Cho H = 1, C = 12, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Viết phương trình: $$CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow[H_2SO_4\ đặc]{t°} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$$

Bước 2: Tính số mol CH₃COOH:

• $M_{CH_3COOH} = 12 \times 2 + 1 \times 4 + 16 \times 2 = 60$ g/mol
• $n_{CH_3COOH} = \frac{12}{60} = 0.2$ mol

Bước 3: Theo phương trình (tỉ lệ 1:1): $$n_{este\ (lý\ thuyết)} = n_{CH_3COOH} = 0.2 \text{ mol}$$

Bước 4: Tính khối lượng este lý thuyết:

• $M_{CH_3COOC_2H_5} = 12 \times 4 + 1 \times 8 + 16 \times 2 = 88$ g/mol
• $m_{este\ (lý\ thuyết)} = 0.2 \times 88 = 17.6$ g

Bước 5: Tính hiệu suất: $$H\% = \frac{11}{17.6} \times 100\% = 62.5\%$$

Kết luận: Hiệu suất este hóa là 62.5\%.

Ví dụ 9: Muốn điều chế 22g etyl axetat (CH₃COOC₂H₅) với hiệu suất 70\%, cần bao nhiêu gam axit axetic (CH₃COOH)? (Cho H = 1, C = 12, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Tính số mol este thực tế: $$n_{este\ (thực\ tế)} = \frac{22}{88} = 0.25 \text{ mol}$$

Bước 2: Tính số mol este lý thuyết: $$n_{este\ (lý\ thuyết)} = \frac{n_{este\ (thực\ tế)}}{H\%} = \frac{0.25}{0.7} = \frac{5}{14} \text{ mol}$$

Bước 3: Theo phương trình (tỉ lệ 1:1): $$n_{CH_3COOH} = n_{este\ (lý\ thuyết)} = \frac{5}{14} \text{ mol}$$

Bước 4: Tính khối lượng axit: $$m_{CH_3COOH} = \frac{5}{14} \times 60 = \frac{300}{14} \approx 21.43 \text{ g}$$

Kết luận: Cần khoảng 21.43g CH₃COOH.

5. Tăng hiệu suất este hóa

Các biện pháp thực tế để tăng hiệu suất:

Dùng dư một chất phản ứng:

• Thường dùng dư ancol (vì rẻ hơn axit)
• Làm cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo este
• Hiệu suất có thể tăng lên 80-85\%

Chưng cất ngay este ra khỏi hỗn hợp:

• Este có nhiệt độ sôi thấp hơn
• Loại bỏ este → cân bằng dịch chuyển tạo thêm este
• Ngăn phản ứng thủy phân ngược

Dùng chất hút nước:

• CaCl₂ khan, Na₂SO₄ khan, MgSO₄ khan
• Hấp thụ H₂O tạo thành → dịch chuyển cân bằng
• Hiệu quả với este có độ tan thấp trong nước

Tăng nhiệt độ (trong giới hạn):

• Tăng tốc độ phản ứng
• Nhưng không tăng quá cao (este bay hơi, phản ứng phụ)

Tăng lượng xúc tác H₂SO₄ đặc:

• Làm tăng tốc độ phản ứng
• Vừa là xúc tác, vừa là chất hút nước

VI. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức cơ bản

Công thức tổng quát: $$\boxed{H\% = \frac{\text{Lượng thực tế}}{\text{Lượng lý thuyết}} \times 100\%}$$

B. Công thức tính ngược

C. Hiệu suất nhiều giai đoạn

Công thức tích hiệu suất:

$$\boxed{H_{tổng} = H_1 \times H_2 \times H_3 \times … \times H_n}$$

Ví dụ minh họa:

Ba giai đoạn với hiệu suất:

• H₁ = 80\%
• H₂ = 90\%
• H₃ = 70\%

Tính hiệu suất tổng: $$H_{tổng} = 0.8 \times 0.9 \times 0.7 = 0.504 = 50.4\%$$

Nhận xét: Qua nhiều giai đoạn, hiệu suất tổng giảm đáng kể so với từng giai đoạn.

D. Bảng phân loại theo lớp học

VII. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

1. Các bước giải bài tập hiệu suất

📌 Quy trình 5 bước chuẩn:

Bước 1: Viết phương trình phản ứng hóa học (PTHH)

• Cân bằng phương trình chính xác
• Chú ý trạng thái các chất (nếu cần)

Bước 2: Tính số mol các chất

• Đổi khối lượng → số mol: $n = \frac{m}{M}$
• Đổi thể tích khí → số mol: $n = \frac{V}{22.4}$ (ở đktc)
• Nếu có nhiều chất phản ứng → Xác định chất hết

Bước 3: Tính lượng sản phẩm lý thuyết theo PTHH

• Dựa vào tỉ lệ mol trong phương trình
• Tính theo chất hết (nếu có chất dư)

Bước 4: Áp dụng công thức hiệu suất

•  $H\% = \frac{\text{thực tế}}{\text{lý thuyết}} \times 100\%$
• Hoặc: $\text{thực tế} = \text{lý thuyết} \times H\%$

Bước 5: Kết luận

• Ghi rõ đơn vị
• Làm tròn số (nếu cần)

2. Nhận dạng loại bài toán

Dạng 1: Cho lượng thực tế, tính hiệu suất

Đề bài điển hình: “Đốt … g chất A, thu được … g chất B. Tính hiệu suất?”

Phương pháp:

1. Tính lượng lý thuyết theo PTHH
2. So sánh với lượng thực tế
3. Dùng: $H\% = \frac{\text{thực tế}}{\text{lý thuyết}} \times 100\%$

Dạng 2: Cho hiệu suất, tính lượng sản phẩm

Đề bài điển hình: “Cho … mol A phản ứng với hiệu suất …\%. Tính lượng sản phẩm?”

Phương pháp:

1. Tính lượng lý thuyết theo PTHH
2. Dùng: $\text{lượng thực tế} = \text{lý thuyết} \times H\%$

Dạng 3: Cho hiệu suất, tính lượng chất cần dùng

Đề bài điển hình: “Muốn điều chế … g sản phẩm với hiệu suất …\%, cần bao nhiêu chất A?”

Phương pháp:

1. Từ lượng sản phẩm thực tế và H\%, tính lượng lý thuyết
2. Từ lượng lý thuyết, tính ngược lại lượng chất A
3. Dùng: $\text{lượng cần} = \frac{\text{lượng lý thuyết}}{H\%}$

Dạng 4: Nhiều giai đoạn

Đề bài điển hình: “Phản ứng qua n giai đoạn với hiệu suất H₁, H₂, …, Hₙ”

Phương pháp:

1. Tính hiệu suất tổng: $H_{tổng} = H_1 \times H_2 \times … \times H_n$
2. Tính lượng sản phẩm cuối theo $H_{tổng}$

3. Mẹo giải nhanh

Mẹo 1: Xác định chất hết trong bài toán có chất dư

Phương pháp:

1. Tính tỉ lệ $\frac{n}{\text{hệ số}}$ của mỗi chất phản ứng
2. Chất có tỉ lệ nhỏ hơn → Chất hết trước

Ví dụ: $$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2$$

• Có 0.3 mol Al → Tỉ lệ: $\frac{0.3}{2} = 0.15$
• Có 0.4 mol HCl → Tỉ lệ: $\frac{0.4}{6} = 0.067$
• So sánh: $0.067 < 0.15$ → HCl hết, Al dư

Mẹo 2: Hiệu suất nhiều giai đoạn – Nhân trực tiếp

Không cần tính từng bước, nhân trực tiếp các hiệu suất: $$H = 80\% \times 90\% = 0.8 \times 0.9 = 0.72 = 72\%$$

Mẹo 3: Este hóa 1:1

Nếu axit và ancol phản ứng theo tỉ lệ 1:1 (thường gặp):

• Tính hiệu suất theo chất nào cũng được
• Nếu có chất dư → Tính theo chất ít mol hơn

Mẹo 4: Kiểm tra nhanh kết quả

• Hiệu suất phải: $0\% < H \leq 100\%$
• Nếu $H > 100\%$ → Sai
• Lượng thực tế phải ≤ Lượng lý thuyết

VIII. BÀI TẬP MẪU THEO LỚP

Lớp 8-9: Bài tập cơ bản

Bài 1: Nung 25g canxi cacbonat (CaCO₃), thu được 11.2g canxi oxit (CaO). Tính hiệu suất phản ứng? (Cho Ca = 40, C = 12, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Phương trình: $$CaCO_3 \xrightarrow{t°} CaO + CO_2$$

Bước 2: Tính số mol CaCO₃:

• $M_{CaCO_3} = 40 + 12 + 16 \times 3 = 100$ g/mol
• $n_{CaCO_3} = \frac{25}{100} = 0.25$ mol

Bước 3: Theo phương trình (tỉ lệ 1:1): $$n_{CaO\ (lý\ thuyết)} = 0.25 \text{ mol}$$

Bước 4: Tính khối lượng CaO lý thuyết:

• $M_{CaO} = 40 + 16 = 56$ g/mol
• $m_{CaO\ (lý\ thuyết)} = 0.25 \times 56 = 14$ g

Bước 5: Tính hiệu suất: $$H\% = \frac{11.2}{14} \times 100\% = 80\%$$

Kết luận: Hiệu suất phản ứng là 80\%.

Lớp 10-11: Bài tập có chất dư

Bài 2: Cho 6.5g kẽm (Zn) vào 200ml dung dịch HCl 1M, hiệu suất phản ứng 90\%. Tính thể tích khí H₂ thu được ở đktc? (Cho Zn = 65, H = 1, Cl = 35.5)

Lời giải:

Bước 1: Phương trình: $$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$$

Bước 2: Tính số mol:

• $n_{Zn} = \frac{6.5}{65} = 0.1$ mol
• $n_{HCl} = C \times V = 1 \times 0.2 = 0.2$ mol

Bước 3: Xác định chất hết:

• Tỉ lệ Zn: $\frac{0.1}{1} = 0.1$
• Tỉ lệ HCl: $\frac{0.2}{2} = 0.1$

→ Cả hai chất vừa đủ (không có chất dư)

Bước 4: Tính theo Zn: $$n_{H_2\ (lý\ thuyết)} = n_{Zn} = 0.1 \text{ mol}$$

Bước 5: Tính số mol thực tế: $$n_{H_2\ (thực\ tế)} = 0.1 \times 90\% = 0.09 \text{ mol}$$

Bước 6: Tính thể tích ở đktc: $$V_{H_2} = n \times 22.4 = 0.09 \times 22.4 = 2.016 \text{ lít}$$

Kết luận: Thể tích khí H₂ thu được là 2.016 lít.

Lớp 11: Bài tập nhiều giai đoạn

Bài 3: Từ 5.6 lít khí metan (CH₄) ở đktc điều chế metanol (CH₃OH) qua 2 bước:

• Bước 1: $CH_4 + H_2O \xrightarrow{t°} CO + 3H_2$ (H₁ = 75\%)
• Bước 2: $CO + 2H_2 \xrightarrow[xt]{t°,p} CH_3OH$ (H₂ = 80\%)

Tính khối lượng metanol thu được? (Cho C = 12, H = 1, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Tính số mol CH₄: $$n_{CH_4} = \frac{V}{22.4} = \frac{5.6}{22.4} = 0.25 \text{ mol}$$

Bước 2: Tính hiệu suất chung: $$H_{tổng} = H_1 \times H_2 = 75\% \times 80\% = 0.75 \times 0.8 = 0.6 = 60\%$$

Bước 3: Theo các phương trình:

• CH₄ → CO (tỉ lệ 1:1)
• CO → CH₃OH (tỉ lệ 1:1)
• Vậy: CH₄ → CH₃OH (tỉ lệ 1:1)

$$n_{CH_3OH\ (lý\ thuyết)} = n_{CH_4} = 0.25 \text{ mol}$$

Bước 4: Tính số mol thực tế: $$n_{CH_3OH\ (thực\ tế)} = 0.25 \times 60\% = 0.15 \text{ mol}$$

Bước 5: Tính khối lượng:

• $M_{CH_3OH} = 12 + 1 \times 4 + 16 = 32$ g/mol
• $m_{CH_3OH} = 0.15 \times 32 = 4.8$ g

Kết luận: Khối lượng CH₃OH thu được là 4.8g.

Lớp 12: Bài tập este hóa

Bài 4: Este hóa 18g axit axetic (CH₃COOH) với etanol (C₂H₅OH) dư, thu được 17.6g etyl axetat (CH₃COOC₂H₅). Tính hiệu suất phản ứng? (Cho H = 1, C = 12, O = 16)

Lời giải:

Bước 1: Phương trình: $$CH_3COOH + C_2H_5OH \xrightarrow[H_2SO_4\ đặc]{t°} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$$

Bước 2: Tính số mol axit:

• $M_{CH_3COOH} = 12 \times 2 + 1 \times 4 + 16 \times 2 = 60$ g/mol
• $n_{CH_3COOH} = \frac{18}{60} = 0.3$ mol

Bước 3: Theo phương trình (tỉ lệ 1:1): $$n_{este\ (lý\ thuyết)} = 0.3 \text{ mol}$$

Bước 4: Tính khối lượng este lý thuyết:

• $M_{CH_3COOC_2H_5} = 12 \times 4 + 1 \times 8 + 16 \times 2 = 88$ g/mol
• $m_{este\ (lý\ thuyết)} = 0.3 \times 88 = 26.4$ g

Bước 5: Tính hiệu suất: $$H\% = \frac{17.6}{26.4} \times 100\% = 66.67\%$$

Kết luận: Hiệu suất este hóa là 66.67\%.

IX. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Quên đổi đơn vị

Sai: Dùng 200ml trực tiếp thay vì đổi sang lít Đúng: Đổi 200ml = 0.2 lít trước khi tính

Sai: Dùng khối lượng (g) để tính mol mà không chia cho khối lượng mol Đúng: $n = \frac{m}{M}$

❌ SAI LẦM 2: Nhầm lẫn thực tế và lý thuyết

Sai: Lấy lượng lý thuyết chia cho lượng thực tế $$H\% = \frac{m_{lý\ thuyết}}{m_{thực\ tế}} \times 100\%$$ ❌

Đúng: Lấy lượng thực tế chia cho lượng lý thuyết $$H\% = \frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} \times 100\%$$ ✓

❌ SAI LẦM 3: Tính sai chất hết trong bài toán có chất dư

Sai: Tính hiệu suất theo chất dư Đúng: Phải tính theo chất hết (chất có tỉ lệ $\frac{n}{hệ\ số}$ nhỏ hơn)

❌ SAI LẦM 4: Quên nhân hiệu suất nhiều giai đoạn

Sai: Cộng các hiệu suất: $H = H_1 + H_2$ Đúng: Nhân các hiệu suất: $H = H_1 \times H_2$

❌ SAI LẦM 5: Tính hiệu suất theo chất dư

Ví dụ sai:

• Có 0.3 mol Al và 0.4 mol HCl
• Al dư, HCl hết
• Tính hiệu suất theo Al ❌

Đúng: Phải tính theo HCl (chất hết) ✓

2. Mẹo nhớ công thức

Mẹo 1: “Thực tế luôn nhỏ hơn lý thuyết”

$$H\% = \frac{\text{nhỏ hơn}}{\text{lớn hơn}} \times 100\%$$

→ Tử số là thực tế (nhỏ), mẫu số là lý thuyết (lớn)

Mẹo 2: Hiệu suất luôn ≤ 100\%

• Nếu tính ra $H > 100\%$ → Chắc chắn sai
• Kiểm tra lại: đổi đơn vị, tính mol, PTHH

Mẹo 3: Nhiều giai đoạn → nhân hiệu suất

$$H_{tổng} = H_1 \times H_2 \times … \times H_n$$

• Qua nhiều bước, hiệu suất giảm dần
• Ví dụ: $80\% \times 90\% = 72\%$ (giảm còn 72\%)

Mẹo 4: Este hóa thường 60-70\%

• Nếu đề không cho, có thể ước chừng 65-70\%
• Nếu có biện pháp tăng hiệu suất → có thể 80-85\%

3. Bảng so sánh các trường hợp

X. KẾT LUẬN

Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học từ cơ bản đến nâng cao, phù hợp với chương trình từ lớp 8 đến lớp 12:

Lớp 8-9 (Cơ bản):

• Công thức theo khối lượng: $H\% = \frac{m_{thực\ tế}}{m_{lý\ thuyết}} \times 100\%$
• Phản ứng đơn giản, một giai đoạn
• Không có chất dư, phản ứng phụ
• Tính toán trực tiếp từ phương trình

Lớp 10-11 (Nâng cao):

• Công thức theo số mol: $H\% = \frac{n_{thực\ tế}}{n_{lý\ thuyết}} \times 100\%$
• Bài toán có chất dư (xác định chất hết)
• Phản ứng nhiều giai đoạn: $H_{tổng} = H_1 \times H_2 \times …$
• Tính toán phức tạp hơn

Lớp 12 (Chuyên sâu):

• Hiệu suất este hóa: $H\% = \frac{n_{este\ tạo\ thành}}{n_{axit\ hoặc\ ancol}} \times 100\%$
• Phản ứng thuận nghịch
• Các biện pháp tăng hiệu suất
• Ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ

Công thức GỐC – Áp dụng mọi trường hợp

$\boxed{H\% = \frac{\text{Lượng thực tế}}{\text{Lượng lý thuyết}} \times 100\%}$

Nhớ:

• Tử số: Lượng thu được thực tế (nhỏ hơn)
• Mẫu số: Lượng tính theo phương trình (lớn hơn)
• Kết quả: Luôn ≤ 100\%

Nguyên tắc vàng

Nguyên tắc 1: Tính theo chất HẾT (không phải chất dư)

• Xác định chất hết bằng tỉ lệ $\frac{n}{hệ\ số}$
• Chất có tỉ lệ nhỏ hơn → Chất hết

Nguyên tắc 2: Nhiều giai đoạn → NHÂN hiệu suất

• Không cộng: $H \neq H_1 + H_2$
• Phải nhân: $H = H_1 \times H_2$

Nguyên tắc 3: Hiệu suất luôn ≤ 100\%

• Nếu $H > 100\%$ → Sai, kiểm tra lại
• Lượng thực tế ≤ Lượng lý thuyết

 Nguyên tắc 4: Đơn vị phải thống nhất

• Khối lượng: g (hoặc mg, kg)
• Số mol: mol (hoặc mmol)
• Thể tích: lít (hoặc ml)
• Không lẫn lộn các đơn vị

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định