Begrænsning af reaktantproblemer i kemi

EN afbalanceret kemisk ligning viser de molære mængder af reaktanter der reagerer sammen for at producere molære mængder af Produkter. I den virkelige verden samles reaktanter sjældent med det nøjagtige behov. Én reaktant vil blive fuldstændigt opbrugt før den anden. Den først anvendte reaktant er kendt sombegrænsende reaktant. De andre reaktanter forbruges delvist, hvor den resterende mængde betragtes som "i overskud". Dette eksempelproblem demonstrerer en metode til at bestemme den begrænsende reaktant af en kemisk reaktion.

Natriumhydroxid (NaOH) reagerer med phosphorsyre (H₃PO₄) til dannelse af natriumphosphat (Na₃PO₄) og vand (H₂O) ved reaktionen:

• 3 NaOH (vandig) + H₃PO₄(aq) → Na₃PO₄(vandig) + 3 H₂O (l)

Hvis 35,60 gram NaOH omsættes med 30,80 gram H₃PO₄,

• en. Hvor mange gram Na₃PO₄ dannes?
• b. Hvad er den begrænsende reaktant?
• c. Hvor mange gram af den overskydende reaktant er tilbage, når reaktionen er afsluttet?

Brugbar information:

• Molar masse NaOH = 40,00 gram
• Molmasse af H₃PO₄ = 98,00 gram
• Molmasse af Na₃PO₄ = 163,94 gram

For at bestemme den begrænsende reaktant beregnes mængden af ​​produkt dannet af hver reaktant. Den reaktant, der producerer den mindste mængde produkt, er den begrænsende reaktant.

For at bestemme antallet af gram Na₃PO₄ dannet:

• gram Na₃PO₄ = (gram reaktant) x (mol reaktant / mol masse af reaktant) x (molforhold: produkt / reaktant) x (mol masse af produkt / mol produkt)

Mængde af Na₃PO₄ dannet ud fra 35,60 gram NaOH

• gram Na₃PO₄ = (35,60 g NaOH) x (1 mol NaOH / 40,00 g NaOH) x (1 mol NaOH)₃PO₄/ 3 mol NaOH) x (163,94 g Na₃PO₄/ 1 mol Na₃PO₄)
• gram Na₃PO₄ = 48,64 gram

Mængde af Na₃PO₄ dannet ud fra 30,80 gram H₃PO₄

• gram Na₃PO₄ = 30,80 g H₃PO₄) x (1 mol H)₃PO₄/98,00 gram H₃PO₄) x (1 mol Na₃PO₄/ 1 mol H₃PO₄x x 163,94 g Na₃PO₄/ 1 mol Na₃PO₄)
• gram Na₃PO₄ = 51,52 gram

Natriumhydroxidet dannede mindre produkt end phosphorsyren. Dette betyder, at natriumhydroxidet var den begrænsende reaktant, og 48,64 gram natriumphosphat dannes.

At bestemme mængden af overskydende reaktant tilbage, er det brugte beløb nødvendigt.

• gram anvendt reaktant = (gram dannet produkt) x (1 mol produkt / molær produkt) x (molforhold af reaktant / produkt) x (mol masse af reaktant)
• gram H₃PO₄ anvendt = (48,64 g Na₃PO₄) x (1 mol Na₃PO₄/163,94 g Na₃PO₄) x (1 mol H)₃PO₄/ 1 mol Na₃PO₄) x (98 g H)₃PO₄/ 1 mol)
• gram H₃PO₄ anvendt = 29,08 gram

Dette antal kan bruges til at bestemme den resterende mængde overskydende reaktant.

• Grams H₃PO₄ resterende = indledende gram H₃PO₄ - gram H₃PO₄ Brugt
• gram H₃PO₄ resterende = 30,80 gram - 29,08 gram
• gram H₃PO₄ resterende = 1,72 gram

Når 35,60 gram NaOH omsættes med 30,80 gram H₃PO₄,

• en. 48,64 g Na₃PO₄ dannes.
• b. NaOH var den begrænsende reaktant.
• c. 1,72 gram H₃PO₄ forblive ved færdiggørelse.