MEZNÍ A NADBYTEČNÉ ČINIDLO: JAK JEJ VYPOČÍTAT A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Omezující činidlo je ten, který je zcela spotřebován, a určuje, kolik hmotnost výrobků jsou vytvořeny v chemické reakci; zatímco nadbytek činidla je takové, které po spotřebování omezujícího činidla nereaguje úplně.

V mnoha reakcích se hledá nadbytek činidla, aby se zajistilo, že všechny reagující činidlo reaguje. Například, když A reaguje s B za vzniku C a je žádoucí, aby A reagovala úplně, přidal se přebytek B. Nicméně, zda je nadbytek A vhodný, je syntéza a vědecká a ekonomická kritéria. nebo B.

Chemik Chemistry Lab Research Liquid

Omezující činidlo určuje množství produktu, které může být vytvořeno při chemické reakci. Proto, pokud je známo, kolik zreagovalo A, je okamžitě určeno, kolik se vytvořilo C. Přebytečné činidlo nikdy neodhalí množství vytvořeného produktu.

Co když se v reakci spotřebují jak A, tak B? Potom mluvíme o ekvimolární směsi A a B. V praxi však není snadné zajistit, aby byl stejný počet molů nebo ekvivalentů všech reaktantů; V tomto případě lze k výpočtu množství C. použít buď obě, A nebo B.

Jak se počítají limitující a nadbytečné reaktanty?

Existuje mnoho způsobů, jak identifikovat a vypočítat množství omezujícího činidla, které může být zapojeno do reakce. Po výpočtu jsou ostatní činidla nadbytečná.

Způsob, který umožňuje identifikovat, které je omezujícím činidlem, na základě srovnání podílu činidel se stechiometrickým poměrem, je ten, který je popsán níže.

Metoda 1

Chemická reakce může být nastíněna následujícím způsobem:

aX + bY => cZ

Kde X, Y a Z představují počet molů každého reakčního činidla a produktu. Mezitím a, b a c představují jejich stechiometrické koeficienty, které jsou výsledkem chemické rovnováhy reakcí.

Pokud se získá kvocient (X / a) a kvocient (Y / b), limitující reaktant je reaktant s nižším kvocientem.

Při výpočtu uvedených podílů se stanoví vztah mezi počtem mol přítomných v reakci (X, Y a Z) a počtem mol přítomných v reakci, představovaným stechiometrickými koeficienty reaktantů (a a b).

Proto čím nižší je kvocient uvedený pro činidlo, tím větší je deficit tohoto činidla pro dokončení reakce; a proto je omezujícím činidlem.

Příklad

SiO ₂ (s) + 3C (s) => SiC (s) + 2 CO ₂ (g)

3 g SiO ₂ (oxidu křemičitého), se nechá reagovat s 4,5 g C (uhlík).

Moly SiO ₂

Hmotnost = 3 g

Molekulová hmotnost = 60 g / mol

Počet molů SiO ₂ = 3 g / (60 g / mol)

0,05 mol

Počet krtků C

Hmotnost = 4,5 g

Atomová hmotnost = 12 g / mol

Počet molů C = 4,5 g / (12 g / mol)

0,375 mol

Poměr mezi počtem molů reakčních složek a jejich stechiometrickými koeficienty:

Pro SiO ₂ = 0,05 mol / 1 mol

Kvocient = 0,05

Pro C = 0,375 mol / 3 mol

Kvocient = 0,125

Z porovnání hodnot podílů, lze dojít k závěru, že omezující reaktant je SiO ₂.

Metoda 2

V předchozí reakce se sériově vyráběné z SiC se vypočte, při 3 g SiO _2, se používá, a pokud se použije 4,5 g C

(3 g SiO ₂) x (1 mol SiO ₂ /60 g SiO ₂) x (1 mol SiC / 1 mol SiO ₂) x (40 g SiC / SiC 1 mol) = 2 g SiC

(4,5 g C) x (3 mol C / 36 g C) x (1 mol SiC / 3 mol C) x (40 g SiC / 1 mol SiC) = 5 g SiC

Takže další SiC (karbid křemíku), by vzniklo došlo-li se reakce spotřebovává veškerý uhlík, než je množství produkované náročné všechny SiO ₂. Závěrem lze říci, SiO ₂ je limitující činidlo, protože je-li veškerý přebytečný C spotřebuje více SiC by být generovány.

Příklady

- Příklad 1

0,5 mol hliníku se nechá reagovat s 0,9 mol chloru (Cl ₂) na chlorid forma hlinitý (AlCl ₃): Co je k omezující reakční složce a, co je přebytek reakční složky? Vypočítejte hmotnost omezujícího činidla a přebytku činidla

2 Al (s) + 3 Cl ₂ (g) => 2 AlCl ₃ (y)

Metoda 1

Kvocienty mezi moly reakčních složek a stechiometrickými koeficienty jsou:

Pro hliník = 0,5 mol / 2 mol

Podíl hliníku = 0,25

Pro Cl ₂ = 0,9 mol / 3 mol

Cl ₂ kvocient = 0,3

Potom je omezujícím činidlem hliník.

Podobného závěru je dosaženo, pokud jsou stanoveny moly chloru potřebné pro smíchání s 0,5 moly hliníku.

Moly Cl ₂ = (0,5 mol A) x (3 moly Cl ₂ /2 mol A)

0,75 mol Cl ₂

Pak je zde nadbytek Cl ₂: 0,75 molu musí reagovat s hliníkem, a 0,9 mol jsou přítomny. Proto existuje přebytek 0,15 molu Cl2 .

Lze učinit závěr, že omezujícím činidlem je hliník

Výpočet hmotností reakčních složek

Mezní hmotnost činidla:

Hmotnost hliníku = 0,5 mol Al x 27 g / mol

13,5 g.

Atomová hmotnost AI je 27 g / mol.

Hmotnost nadbytečného činidla:

0,15 mol Cl ₂ zůstaly

Hmotnost přebytek Cl ₂ = 0,15 moly Cl ₂ x 70 g / mol

10,5 g

- Příklad 2

Následující rovnice představuje reakci mezi dusičnanem stříbrným a chloridem barnatým ve vodném roztoku:

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

Podle této rovnice, je-li roztok obsahující 62.4g z AgNO ₃ se smísí s roztokem, který obsahuje 53,1 g BaCl ₂: a) Jak je omezující činidla? b) Kolik z toho reaktantu zůstává nezreagováno? c) Kolik gramů AgCl bylo vytvořeno?

Molekulové hmotnosti:

-AgNO ₃: 169,9 g / mol

-BaCl ₂: 208,9 g / mol

-AgCl: 143,4 g / mol

-Ba (NO ₃) ₂: 261,9 g / mol

Metoda 1

Chcete-li použít metodu 1, který umožňuje identifikaci omezujícího činidla, je třeba určit moly s dusičnanem stříbrným ₃ a BaCl ₂ přítomných v reakci.

Mole AgNO ₃

Molekulová hmotnost 169,9 g / mol

Hmotnost = 62,4 g

Počet molů = 62,4 g / (169,9 g / mol)

0,367 mol

Moly BaCl ₂

Molekulová hmotnost = 208,9 g / mol

Hmotnost = 53,1 g

Počet molů = 53,1 g / (208,9 g / mol)

0,254 mol

Stanovení podílů mezi počtem molů reakčních složek a jejich stechiometrickými koeficienty.

Pro AgNO ₃ = 0,367 mol / 2 moly

Kvocient = 0,184

Pro BaCl ₂ = 0,254 mol / 1 mol

Kvocient = 0,254

Na základě metody 1 umožňuje hodnota poměrů identifikovat AgNO ₃ jako omezující činidlo.

Výpočet hmotnosti nadbytečného činidla

Stechiometrický rovnováha reakce ukazuje, že 2 moly s dusičnanem stříbrným ₃ reagovat s 1 molem BaCl _2.

Molů BaCl ₂ = (0,367 mol AgNO ₃) x (1 mol BaCl ₂ /2 moly AgNO ₃)

0.1835 mol BaCl ₂

A moly BaCl _2, aby nezasahoval do reakce, to znamená, že jsou v přebytku, jsou:

0,254 mol - 0,1835 mol = 0,0705 mol

Hmotnost BaCl ₂ v nadbytku:

0,0705 mol x 208,9 g / mol = 14,72 g

Souhrn:

Přebytečné činidlo: BaCl ₂

Přebytečná hmotnost: 14,72 g

Výpočet gramů AgCl vyrobeného v reakci

Pro výpočet hmotnosti produktů se výpočty provádějí na základě omezujícího činidla.

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

52,48 g

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Flores J. (2002). Chemie. Santillana Editorial
3. Wikipedia. (2018). Omezující činidlo: en.wikipedia.org
4. Shah S. (21. srpna 2018). Omezující činidla. Chemie LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
5. Příklady činidel omezujících stechiometrii. Obnoveno z: chemteam.info
6. Washingtonská univerzita. (2005). Omezující činidla. Obnoveno z: chemistry.wustl.edu