Identifikation af den begrænsende reaktant i støkiometri:En praktisk vejledning

Af Riti Gupta
Opdateret 30. august 2022

Hvad er en begrænsende reaktant?

I en kemisk reaktion stopper den reaktant, der først er fuldstændigt forbrugt, reaktionen. Denne reaktant er kendt som den begrænsende reaktant (eller begrænsende reagens). Den resterende reaktant, hvis nogen, kaldes overskydende reaktant .

Hvorfor det betyder noget

I de fleste laboratorieindstillinger tilsættes reaktanter i mængder, der ikke svarer til de nøjagtige støkiometriske forhold vist i den afbalancerede ligning. At forstå, hvilke arter der begrænser, hjælper kemikere med at forudsige produktudbytte, designe opskaleringsprocesser og undgå dyrt spild.

Eksempel 1:Ammoniak og kuldioxid til urinstof

Den afbalancerede ligning for urinstofsyntese er:

\(2\mathrm{NH}_3(g)+\mathrm{CO}_2(g) \højrepil (\mathrm{NH}_2)_2\mathrm{CO}(aq)+\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\)

Ud fra koefficienterne reagerer 2mol ammoniak med 1mol kuldioxid. Antag, at vi tilføjer 4mol \(\mathrm{CO}_2\) og 12mol \(\mathrm{NH}_3\).

Beregn den nødvendige ammoniak til 4mol kuldioxid:

\(4\text{ mol }\mathrm{CO}_2\left(\dfrac{2\text{ mol }\mathrm{NH}_3}{1\text{ mol }\mathrm{CO}_2}\right)=8\text{ mol }\mathrm{NH}_3\)

Der kræves kun 8 mol ammoniak, hvilket efterlader 4 mol ubrugt. Derfor er kuldioxid den begrænsende reaktant, og ammoniak er i overskud.

Alternativt kan du bestemme, hvor meget kuldioxid der skal til for 12 mol ammoniak:

\(12\text{ mol }\mathrm{NH}_3\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{CO}_2}{2\text{ mol }\mathrm{NH}_3}\right)=6\text{ mol }\mathrm{CO}_2\)

Fordi kun 4 mol \(\mathrm{CO}_2\) er til stede, følger den samme konklusion:kuldioxid begrænser reaktionen.

Eksempel 2:Fremstilling af aluminiumklorid

Den afbalancerede ligning er:

\(2\mathrm{Al}+3\mathrm{Cl}_2 \højrepil 2\mathrm{AlCl}_3\)

Givet 25 g aluminium og 32 g klorgas, konverter masser til mol:

Aluminium:\(25\text{ g }\mathrm{Al}\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{Al}}{26.98\text{ g }\mathrm{Al}}\right)=0.93\text{ mol }\mathrm{Al}\)

Klor:\(32\text{ g }\mathrm{Cl}_2\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}{70,90\text{ g}\mathrm{Cl}_2}\right)=0,45\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\)

Bestem det klor, der kræves for at forbruge alt aluminium:

\(0,93\text{ mol }\mathrm{Al}\left(\dfrac{3\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}{2\text{ mol }\mathrm{Al}}\right)=1,40\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\)

Kun 0,45 mol klor er tilgængelig, så klor er den begrænsende reaktant. Den overskydende reaktant er aluminium.

Verifikation:Der er brug for mol aluminium til al klor:

\(0,45\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\left(\dfrac{2\text{ mol }\mathrm{Al}}{3\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}\right)=0,30\text{ mol }\mathrm{Al}\)

Da der er 0,93 mol aluminium til stede, forbliver konklusionen uændret.

Nøgletilbehør

Den begrænsende reaktant bestemmes af de faktiske mængder af anvendte reaktanter, ikke af de støkiometriske koefficienter alene. Beregning af forholdet mellem tilgængelige mol og det støkiometriske forhold vil altid afsløre, hvilken art der begrænser produktdannelsen.