Ограничивающий реагент - Limiting reagent

В ограничивающий реагент (или же ограничивающий реагент или же ограничивающий агент) в химическая реакция это реагент который полностью расходуется, когда химическая реакция завершается. Количество образовавшегося продукта составляет ограничено этим реагентом, поскольку без него реакция не может продолжаться. Если один или несколько других реагентов присутствуют в количествах, превышающих количества, необходимые для реакции с ограничивающим реагентом, они описываются как избыток реагентов или же избыток реагентов (хз).

Ограничивающий реагент должен быть идентифицирован, чтобы рассчитать процентная доходность реакции, поскольку теоретический выход определяется как количество продукта, полученного при полной реакции ограничивающего реагента. Учитывая сбалансированный химическое уравнение, который описывает реакцию, существует несколько эквивалентных способов определения ограничивающего реагента и оценки избыточных количеств других реагентов.

Метод 1: Сравнение количеств реагентов

Этот метод наиболее полезен, когда есть только два реагента. Выбирается один реагент (A), и сбалансированное химическое уравнение используется для определения количества другого реагента (B), необходимого для реакции с A. Если фактически присутствующее количество B превышает требуемое количество, то B является избыточным и А - ограничивающий реагент. Если количество B меньше необходимого, то B является ограничивающим реагентом.

Пример для двух реагентов

Рассмотрим горение из бензол, представленный следующими химическое уравнение:

{ displaystyle { ce {2 C6H6 (l) + 15 O2 (g) -> 12 CO2 (g) + 6 H2O (l)}}}

Это означает, что 15 родинки молекулярных кислород (O₂) требуется для реакции с 2 молями бензола (C₆ЧАС₆)

Количество кислорода, необходимое для других количеств бензола, можно рассчитать с помощью перекрестное умножение (правило трех). Например, если 1,5 моль C₆ЧАС₆ присутствует, 11,25 моль O₂ необходимо:

{ displaystyle 1.5 { ce {mol , C6H6}} times { frac {15 { ce {mol , O2}}} {2 { ce {mol , C6H6}}}} = 11.25 { ce {mol , O2}}}

Если на самом деле 18 моль O₂ присутствуют, будет избыток (18 - 11,25) = 6,75 моль непрореагировавшего кислорода, когда весь бензол израсходован. Бензол тогда является ограничивающим реагентом.

Этот вывод можно проверить, сравнив мольное соотношение O₂ и C₆ЧАС₆ требуется сбалансированным уравнением с фактически присутствующим мольным соотношением:

требуется: ${ displaystyle { frac { ce {mol , O2}} { ce {mol , C6H6}}} = { frac {15 { ce {mol , O2}}} {2 { ce {mol , C6H6}}}} = 7.5 { ce {mol , O2}}}$
действительный: ${ Displaystyle { frac { ce {mol , O2}} { ce {mol , C6H6}}} = { frac {18 { ce {mol , O2}}} {1.5 { ce {mol , C6H6}}}} = 12 { ce {mol , O2}}}$

Поскольку фактическое отношение больше требуемого, O₂ - избыток реагента, что подтверждает, что бензол является ограничивающим реагентом.

Метод 2: Сравнение количеств продукта, которые могут быть образованы из каждого реагента.

В этом методе химическое уравнение используется для расчета количества одного продукта, который может быть образован из каждого реагента в имеющемся количестве. Ограничивающий реагент - это реагент, который может образовывать наименьшее количество рассматриваемого продукта. Этот метод легче распространить на любое количество реагентов, чем первый метод.

Пример

20,0 г оксид железа (III) (Fe₂О₃) реагируют с 8,00 г алюминий (Al) в следующих термитная реакция:

{ Displaystyle { ce {Fe2O3 (s) + 2 Al (s) -> 2 Fe (l) + Al2O3 (s)}}}

Поскольку количества реагентов даны в граммах, их необходимо сначала преобразовать в моли для сравнения с химическим уравнением, чтобы определить, сколько молей Fe можно получить из любого реагента.

Моли Fe, которые могут быть получены из реагента Fe₂О₃
${ displaystyle { begin {align} { ce {mol ~ Fe2O3}} & = { frac { ce {граммы ~ Fe2O3}} { ce {г / моль ~ Fe2O3}}} & = { frac {20.0 ~ { ce {g}}} {159.7 ~ { ce {g / mol}}}} = 0,125 ~ { ce {mol}} end {align}}}$
${ displaystyle { ce {mol ~ Fe}} = 0,125 { ce {mol ~ Fe2O3}} times { frac { ce {2 ~ mol ~ Fe}} { ce {1 ~ mol ~ Fe2O3} }} = 0,250 ~ { ce {моль ~ Fe}}}$
Моли Fe, которые могут быть получены из реагента Al
${ displaystyle { begin {align} { ce {mol ~ Al}} & = { frac { ce {граммы ~ Al}} { ce {g / mol ~ Al}}} & = { frac {8.00 ~ { ce {g}}} {26.98 ~ { ce {g / mol}}}} = 0.297 ~ { ce {mol}} end {align}}}$
${ displaystyle { ce {mol ~ Fe}} = 0,297 ~ { ce {mol ~ Al}} times { frac { ce {2 ~ mol ~ Fe}} { ce {2 ~ mol ~ Al} }} = 0,297 ~ { ce {mol ~ Fe}}}$

Al достаточно для производства 0,297 моль Fe, но только для Fe₂О₃ получить 0,250 моль Fe. Это означает, что количество фактически произведенного Fe ограничено Fe.₂О₃ присутствует, что, следовательно, является ограничивающим реагентом.

Ярлык

Из приведенного выше примера видно, что количество продукта (Fe), образовавшегося из каждого реагента X (Fe₂О₃ или Al) пропорционален количеству

${ displaystyle { frac { mbox {Молей реагента X}} { mbox {Стехиометрический коэффициент реагента X}}}}$

Это предлагает ярлык, который работает для любого количества реагентов. Просто рассчитайте эту формулу для каждого реагента, и реагент, имеющий наименьшее значение этой формулы, будет ограничивающим реагентом. Мы можем применить этот ярлык в приведенном выше примере.

Смотрите также

Ограничивающий фактор