Ограничивающий реагент

ограничивающий реагент (или ограничивающий реагент или ограничивающий агент ) в химической реакции представляет собой реагент, который полностью расходуется, когда химическая реакция завершается. Количество образующегося продукта ограничено этим реагентом, поскольку реакция не может продолжаться без него. Если один или несколько других реагентов присутствуют в количествах, превышающих количества, необходимые для реакции с ограничивающим реагентом, они описываются как избыточные реагенты или избыточные реагенты (xs).

Ограничивающий реагент должен быть идентифицирован для расчета процентного выхода реакции, поскольку теоретический выход определяется как количество продукта, полученное при полной реакции ограничивающего реагента. Учитывая сбалансированное химическое уравнение, которое описывает реакцию, существует несколько эквивалентных способов определения ограничивающего реагента и оценки избыточных количеств других реагентов.

• 1 Метод 1: Сравнение количеств реагентов
  • 1.1 Пример для двух реагентов
• 2 Метод 2: Сравнение количеств продукта, которые могут быть образованы из каждого реагента
  • 2.1 Пример
  • 2.2 Ярлык
• 3 См. Также
• 4 Ссылки

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 бензола, представленное следующим химическим уравнением :

$2\; C\; 6\; H\; 6\; (л)\; +\; 15\; O\; 2\; (г)\; ⟶\; 12\; CO\; 2\; (г)\; +\; 6\; H\; 2\; O\; (l)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{2\; C6H6\; (l)\; +\; 15\; O2\; (г)\; ->12\; CO2\; (г)\; +\; 6\; H2O\; (l)\}\}\}$

Это означает, что для реакции с молекулярным кислородом (O2) требуется 2 моля бензола (C 6H6)

Количество кислорода, необходимое для других количеств бензола, можно рассчитать с помощью перекрестного умножения (правило трех). Например, если 1,5 моль C 6H6равно требуется 11,25 моль O 2 :

$1,5\; моль\; C\; 6\; H\; 6\; \times \; 15\; моль\; O\; 2\; 2\; моль\; C\; 6\; H\; 6\; =\; 11,25\; моль\; O\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; 1.5\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{моль\; \backslash ,\; C6H6\}\}\; \backslash \; times\; \{\backslash \; frac\; \{15\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\}\; \{2\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; C6H6\}\}\}\}\; =\; 11,25\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\; \}\}\}$

Если на самом деле 18 моль O 2 присутствуют, будет избыток (18 - 11,25) = 6,75 моль непрореагировавшего кислорода, когда весь бензол израсходован. Бензол тогда является ограничивающим реагентом.

Этот вывод можно проверить путем сравнения молярного отношения O 2 и C 6H6, требуемого сбалансированным уравнением, с фактически присутствующим мольным соотношением:

• требуется: $моль\; O\; 2\; моль\; C\; 6\; H\; 6\; =\; 15\; моль\; O\; 2\; 2\; моль\; C\; 6\; H\; 6\; =\; 7,5\; моль\; O\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; C6H6\}\}\; \}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{15\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\}\; \{2\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; C6H6\}\}\}\}\; =\; 7,5\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\}$
• фактическое: $моль\; O\; 2\; моль\; C\; 6\; H\; 6\; =\; 18\; моль\; O\; 2\; 1,5\; моль\; C\; 6\; H\; 6\; =\; 12\; моль\; O\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{\; mol\; \backslash ,\; C6H6\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{18\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\}\; \{1.5\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; C6H6\}\}\}\}\; =\; 12\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{mol\; \backslash ,\; O2\}\}\}$

Поскольку фактическое соотношение больше, чем требуется, O 2 является реагентом в избытке, что подтверждает, что бензол является ограничивающим реагентом.

В этом методе химическое уравнение используется для расчета количества одного продукта, который может быть образован из каждого реагента в количество присутствует. 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 оксида железа (III) (Fe 2O3) вводят в реакцию с 8,00 г алюминия (Al) в следующая реакция термитов :

$Fe\; 2\; O\; 3\; (s)\; +\; 2\; Al\; (s)\; ⟶\; 2\; Fe\; (l)\; +\; Al\; 2\; O\; 3\; (s)\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{Fe2O3\; (s)\; +\; 2\; Al\; (s)\; ->2\; Fe\; (l)\; +\; Al2O3\; (s)\}\}\}$

Поскольку количества реагентов даны в граммах, их необходимо сначала преобразовать в моли для сравнения с химическое уравнение, чтобы определить, сколько молей Fe может быть получено из любого реагента.

• Моли Fe, которые могут быть получены из реагента Fe 2O3

  $моль\; Fe\; 2\; O\; 3\; =\; граммы\; Fe\; 2\; O\; 3\; г\; /\; моль\; Fe\; 2\; O\; 3\; =\; 20,0\; г\; 159,7\; г\; /\; моль\; =\; 0,125\; моль\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; ~\; Fe2O3\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{граммы\; ~\; Fe2O3\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{\; г\; /\; моль\; ~\; Fe2O3\}\}\}\; \backslash \backslash \; =\; \{\backslash \; frac\; \{20,0\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{g\}\}\}\; \{159,7\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{г\; /\; моль\}\}\}\}\; =\; 0,125\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{моль\}\}\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

  $моль\; Fe\; =\; 0,125\; моль\; Fe\; 2\; O\; 3\; \times \; 2\; моль\; Fe\; 1\; моль\; Fe\; 2\; O\; 3\; =\; 0,250\; моль\; Fe\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; ~\; Fe\}\}\; =\; 0,125\; \backslash \; \{\backslash \; ce\; \{моль\; ~\; Fe2O3\}\}\; \backslash \; times\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{2\; ~\; моль\; ~\; Fe\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{1\; ~\; моль\; ~\; Fe2O3\}\}\}\; =\; 0,250\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{моль\; ~\; Fe\}\}\}$

• Молей Fe, которые могут быть получены из реагента Al

  $моль\; Al\; =\; граммы\; Al\; г\; /\; моль\; Al\; =\; 8,00\; г\; 26,98\; г\; /\; моль\; =\; 0,297\; моль\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; ~\; Al\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{граммы\; ~\; Al\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{г\; /\; моль\; ~\; Al\}\}\}\; \backslash \backslash \; =\; \{\backslash \; frac\; \{8.00\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{g\}\}\}\; \{26.98\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{г\; /\; моль\}\}\}\}\; =\; 0,297\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{mol\}\}\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

  $моль\; Fe\; =\; 0,297\; моль\; Al\; \times \; 2\; моль\; Fe\; 2\; моль\; Al\; =\; 0,297\; моль\; Fe\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{моль\; ~\; Fe\}\}\; =\; 0,297\; ~\; \{\; \backslash \; ce\; \{mol\; ~\; Al\}\}\; \backslash \; times\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; ce\; \{2\; ~\; mol\; ~\; Fe\}\}\; \{\backslash \; ce\; \{2\; ~\; mol\; ~\; Al\}\}\}\; =\; 0,297\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{mol\; ~\; Fe\}\}\}$

Al достаточно для производства 0,297 моль Fe, но достаточно Fe 2O3для производства 0,250 моль Fe. Это означает, что количество фактически произведенного Fe ограничено присутствующим Fe 2O3, который, следовательно, является ограничивающим реагентом.

Ярлык

Из приведенного выше примера видно, что количество продукта (Fe), образованного из каждого реагента X (Fe 2O3или Al), пропорционально количеству

$Молей\; реагента\; X\; Стехиометрический\; коэффициент\; реагента\; X\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; t\_dv\; \{Moles\; of\; Reagent\; X\}\}\; \{\backslash \; t\_dv\; \{Стехиометрический\; коэффициент\; реагента\; X\}\}\}\}$

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

• Ограничивающий фактор

• Zumdahl, Steven S. Chemical Principles. 4-е изд. Нью-Йорк: Houghton Mifflin Company, 2005. ISBN 0-618-37206-7.