ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ И ИЗБЫТОЧНЫЙ РЕАГЕНТ: КАК РАССЧИТАТЬ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Лимитирующий реагент является тот , который полностью израсходован и определяет , как формируется гораздо масса продуктов в химической реакции; в то время как избыток реагента - это реагент, который не реагирует полностью после израсходования ограничивающего реагента.

Во многих реакциях требуется избыток реагента, чтобы гарантировать, что весь интересующий реагент прореагирует. Например, если A реагирует с B с образованием C, и желательно, чтобы A прореагировал полностью, добавляется избыток B. Однако синтез, а также научные и экономические критерии решают, является ли избыток A подходящим. или Б.

Жидкость для исследований в химической лаборатории химии

Ограничивающий реагент определяет количество продукта, которое может образоваться в химической реакции. Следовательно, если известно, сколько A прореагировало, сразу же определяется, сколько было образовано C. Избыточный реагент никогда не показывает количества образовавшегося продукта.

Что, если в реакции израсходованы и A, и B? Затем мы говорим об эквимолярной смеси A и B. На практике, однако, непросто обеспечить равное количество молей или эквивалентов всех реагентов; В этом случае любой из двух, A или B, может использоваться для расчета количества C.

Как рассчитываются ограничивающие и избыточные реагенты?

Есть много способов определить и рассчитать количество ограничивающего реагента, которое может быть вовлечено в реакцию. После подсчета количество других реагентов в избытке.

Метод, который позволяет определить, какой из реагентов является ограничивающим, на основе сравнения пропорции реагентов со стехиометрическим соотношением, описан ниже.

Способ 1

Химическую реакцию можно описать следующим образом:

aX + bY => cZ

Где X, Y и Z представляют количество молей каждого реагента и продукта. Между тем, a, b и c представляют их стехиометрические коэффициенты, полученные в результате химического баланса реакций.

Если получены частное (X / a) и частное (Y / b), реагент с меньшим частным является ограничивающим реагентом.

Когда указанные соотношения рассчитаны, устанавливается взаимосвязь между количеством молей, присутствующих в реакции (X, Y и Z), и количеством молей, участвующих в реакции, представленной стехиометрическими коэффициентами реагентов (a и b).

Следовательно, чем ниже коэффициент, указанный для реагента, тем больше дефицит этого реагента для завершения реакции; и, следовательно, это ограничивающий реагент.

пример

SiO ₂ (тв) + 3 C (тв) => SiC (тв) + 2 CO ₂ (г)

3 г SiO ₂ (оксида кремния) реагируют с 4,5 г C (углерода).

Моли SiO ₂

Масса = 3 г

Молекулярный вес = 60 г / моль

Количество молей SiO ₂ = 3 г / (60 г / моль)

0,05 моль

Количество молей C

Масса = 4,5 г

Атомный вес = 12 г / моль

Число молей C = 4,5 г / (12 г / моль)

0,375 моль

Отношение количества молей реагентов к их стехиометрическим коэффициентам:

Для SiO ₂ = 0,05 моль / 1 моль

Коэффициент = 0,05

Для C = 0,375 моль / 3 моль

Коэффициент = 0,125

Из сравнения значений коэффициентов можно сделать вывод, что ограничивающим реагентом является SiO ₂ .

Способ 2

В предыдущей реакции рассчитывается масса произведенного SiC, когда используется 3 г SiO ₂ и когда используется 4,5 г C.

(3 г SiO ₂ ) х (1 моль SiO ₂ /60 г SiO ₂ ) х (1 моль SiC / 1 моль SiO ₂ ) х (40 г SiC / SiC 1 моль) = 2 г SiC

(4,5 г C) x (3 моль C / 36 г C) x (1 моль SiC / 3 моль C) x (40 г SiC / 1 моль SiC) = 5 г SiC

Таким образом, было бы произведено больше SiC (карбида кремния), если бы реакция произошла при потреблении всего углерода, чем количество, произведенное при потреблении всего SiO ₂ . В заключение, SiO ₂ является ограничивающим реагентом, поскольку, когда весь избыток C будет израсходован, будет образовываться больше SiC.

Примеры

-Пример 1

0,5 моля алюминия реагируют с 0,9 моля хлора (Cl ₂ ) с образованием хлорида алюминия (AlCl ₃ ): что является ограничивающим реагентом, а какой - избыточным? Рассчитайте массу ограничивающего реагента и избыточного реагента.

2 Al (тв.) + 3 Cl ₂ (г) => 2 AlCl ₃ (тв)

Способ 1

Отношения между молями реагентов и стехиометрическими коэффициентами составляют:

Для алюминия = 0,5 моль / 2 моль

Коэффициент алюминия = 0,25

Для Cl ₂ = 0,9 моль / 3 моль

Частное Cl ₂ = 0,3

Тогда ограничивающим реагентом является алюминий.

К аналогичному выводу можно прийти, если определить количество молей хлора, необходимых для соединения с 0,5 молями алюминия.

Моли Cl ₂ = (0,5 моль А) х (3 моля Cl ₂ /2 молей А)

0,75 моль Cl ₂

Затем имеется избыток Cl ₂ : для реакции с алюминием требуется 0,75 моль, и присутствует 0,9 моль. Следовательно, имеется избыток на 0,15 моль Cl _2.

Можно сделать вывод, что ограничивающим реагентом является алюминий.

Расчет масс реагентов

Предельная масса реагента:

Масса алюминия = 0,5 моль Al x 27 г / моль

13,5 г.

Атомная масса Al составляет 27 г / моль.

Масса излишка реагента:

Осталось 0,15 моль Cl _2.

Масса избытка Cl ₂ = 0,15 моль Cl ₂ x 70 г / моль

10,5 г

-Пример 2

Следующее уравнение представляет реакцию между нитратом серебра и хлоридом бария в водном растворе:

2 AgNO ₃ (водн.) + BaCl ₂ (водн.) => 2 AgCl (s) + Ba (NO ₃ ) ₂ (водн.)

В соответствии с этим уравнением, если раствор, содержащий 62,4 г AgNO ₃ , смешать с раствором, содержащим 53,1 г BaCl ₂ : а) Какой реагент ограничивает? б) Сколько реагентов осталось непрореагировавшим? в) Сколько граммов AgCl было образовано?

Молекулярная масса:

-AgNO ₃ : 169,9 г / моль

-BaCl ₂ : 208,9 г / моль

-AgCl: 143,4 г / моль

-Ba (NO ₃ ) ₂ : 261,9 г / моль

Способ 1

Чтобы применить метод 1, который позволяет идентифицировать ограничивающий реагент, необходимо определить количество молей AgNO ₃ и BaCl _2, присутствующих в реакции.

Моли AgNO ₃

Молекулярная масса 169,9 г / моль

Масса = 62,4 г

Число молей = 62,4 г / (169,9 г / моль)

0,367 моль

Моли BaCl ₂

Молекулярный вес = 208,9 г / моль

Масса = 53,1 г

Число молей = 53,1 г / (208,9 г / моль)

0,254 моль

Определение отношений между количеством молей реагентов и их стехиометрическими коэффициентами.

Для AgNO ₃ = 0,367 моль / 2 моль

Коэффициент = 0,184

Для BaCl ₂ = 0,254 моль / 1 моль

Коэффициент = 0,254

На основании метода 1 значение соотношений позволяет идентифицировать AgNO ₃ как ограничивающий реагент.

Расчет массы избыточного реагента

Стехиометрический баланс реакции показывает, что 2 моля AgNO ₃ реагируют с 1 моль BaCl _2.

Моли BaCl ₂ = (0,367 моль AgNO ₃ ) х (1 моль BACL ₂ /2 моль AgNO ₃ )

0,1835 моль BaCl ₂

И моли BaCl _2, которые не вмешались в реакцию, то есть которые находятся в избытке, следующие:

0,254 моль - 0,1835 моль = 0,0705 моль

Избыточная масса BaCl ₂ :

0,0705 моль x 208,9 г / моль = 14,72 г

Резюме:

Избыток реагента: BaCl ₂

Избыточная масса: 14,72 г

Расчет граммов AgCl, полученного в реакции

Для расчета массы продуктов расчеты производятся исходя из лимитирующего реагента.

г AgCl = (62,4 г AgNO ₃ ) x (1 моль AgNO ₃ / 169,9 г) x (2 моль AgCl / 2 моль AgNO ₃ ) x (142,9 г / моль AgCl)

52,48 г

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Флорес Дж. (2002). Химия. Сантильяна Редакция
3. Wikipedia. (2018). Ограничивающий реагент: en.wikipedia.org
4. Шах С. (21 августа 2018 г.). Ограничивающие реагенты. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
5. Примеры реагентов, ограничивающих стехиометрию. Получено с: chemteam.info
6. Вашингтонский университет. (2005). Ограничивающие реагенты. Получено с: chemistry.wustl.edu