12.8: Визначення граничного реагенту
- Page ID
- 18951
Хто прийде на вечерю?
У вас є десять людей, які з'являються на званому обіді. Один з гостей приносить двадцять тістечок на десерт. Рішення про подачу десерту просте: на кожну тарілку кладуть по два тістечка. Якщо хтось хоче більше тістечок, їм доведеться почекати, поки вони підуть в магазин. Брауні вистачає лише на те, щоб у кожного було два.
Визначення граничного реагенту
У реальному світі кількість реагентів і продуктів, як правило, вимірюється масою або об'ємом. Спочатку необхідно перетворити задані величини кожного реагенту в молі, щоб виявити граничний реагент.
Приклад\(\PageIndex{1}\): Determining the Limiting Reactant
Срібний метал реагує з сіркою, утворюючи сульфід срібла відповідно до наступного збалансованого рівняння:
\[2 \ce{Ag} \left( s \right) + \ce{S} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ag_2S} \left( s \right)\nonumber \]
Що таке граничний реагент\(50.0 \: \text{g} \: \ce{Ag}\) при реагуванні\(10.0 \: \text{g} \: \ce{S}\)?
Рішення:
Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
Відомий
- Дано:\(50.0 \: \text{g} \: \ce{Ag}\)
- Дано:\(10.0 \: \text{g} \: \ce{S}\)
Невідомий
- обмежуючий реагент
Використовуйте атомні маси\(\ce{Ag}\) і\(\ce{S}\) для визначення кількості молей кожного присутнього. Потім використовуйте збалансоване рівняння, щоб обчислити кількість молів сірки, яка необхідна для реакції з кількістю присутніх молів срібла. Порівняйте цей результат з фактичною кількістю присутніх молів сірки.
Крок 2: Вирішіть.
Спочатку розрахуйте кількість родимок\(\ce{Ag}\) і\(\ce{S}\) присутніх:
\[50.0 \: \text{g} \: \ce{Ag} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{Ag}}{107.87 \: \text{g} \: \ce{Ag}} = 0.464 \: \text{mol} \: \ce{Ag}\nonumber \]
\[10.0 \: \text{g} \: \ce{S} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{S}}{32.07 \: \text{g} \: \ce{S}} = 0.312 \: \text{mol} \: \ce{S}\nonumber \]
По-друге, знайдіть родимки\(\ce{S}\), які повинні були б реагувати з усім зазначеним\(\ce{Ag}\):
\[0.464 \: \text{mol} \: \ce{Ag} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{S}}{2 \: \text{mol} \: \ce{Ag}} = 0.232 \: \text{mol} \: \ce{S} \: \text{(required)}\nonumber \]
Кількість\(\ce{S}\) реально присутніх становить 0,312 моль. Кількість\(\ce{S}\), яка необхідна для повної реакції з усіма,\(\ce{Ag}\) становить 0,232 молі. Оскільки сірки присутня більше, ніж потрібно для реакції, сірка є надлишком реагенту. Тому срібло є обмежуючим реагентом.
Крок 3: Подумайте про свій результат.
Збалансоване рівняння вказує на те, що необхідне мольне відношення\(\ce{Ag}\) до\(\ce{S}\) дорівнює 2:1. Оскільки в початкових кількостях\(\ce{Ag}\) присутніх родимок не було вдвічі більше, це робить срібло обмежуючим реагентом.
Є дуже важливий момент, який слід врахувати щодо попередньої проблеми. Незважаючи на те, що маса срібла, присутнього в реакції,\(\left( 50.0 \: \text{g} \right)\) була більшою за масу сірки\(\left( 10.0 \: \text{g} \right)\), срібло було обмежуючим реагентом. Це пов'язано з тим, що хіміки завжди повинні перетворюватися на молярні величини і враховувати мольне співвідношення із збалансованого хімічного рівняння.
Існує ще один компонент, який слід визначити в граничній проблемі реагенту - кількість надлишкового реагенту, який залишиться після завершення реакції. Ми повернемося до зразкової проблеми вище, щоб відповісти на це питання нижче.
Приклад\(\PageIndex{2}\): Determining the Amount of Excess Reactant Left Over
Яка маса надлишкового реагенту, що залишається при\(50.0 \: \text{g} \: \ce{Ag}\) реагуванні з\(10.0 \: \text{g} \: \ce{S}\)?
\[2 \ce{Ag} \left( s \right) + \ce{S} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ag_2S} \left( s \right)\nonumber \]
Рішення:
Крок 1: Перерахуйте відомі величини та плануйте проблему.
Відомий
- Надлишок реагенту\(= 0.312 \: \text{mol} \: \ce{S}\) (з прикладу\(\PageIndex{1}\))
- Необхідна кількість надлишкового реагенту\(= 0.232 \: \text{mol} \: \ce{S}\) (з прикладу\(\PageIndex{1}\))
Невідомий
- Маса надлишку реагенту, що залишилася після реакції =? г
Відніміть кількість (в молі) надлишку реагенту, який буде реагувати з кількості, яка спочатку присутня. Перетворіть родимки в грами.
Крок 2: Вирішіть.
\[0.312 \: \text{mol} \: \ce{S} - 0.232 \: \text{mol} \: \ce{S} = 0.080 \: \text{mol} \: \ce{S} \: \text{(remaining after reaction)}\nonumber \]
\[0.080 \: \text{mol} \: \ce{S} \times \frac{32.07 \: \text{g} \: \ce{S}}{1 \: \text{mol} \: \ce{S}} = 2.57 \: \text{g} \: \ce{S}\nonumber \]
Залишаються\(2.57 \: \text{g}\) сірки, коли реакція завершена.
Крок 3: Подумайте про свій результат.
До початку реакції була\(10.0 \: \text{g}\) присутня сірка. Якщо\(2.57 \: \text{g}\) сірка залишилася після реакції, то\(7.43 \: \text{g} \: \ce{S}\) відреагувала.
\[7.43 \: \text{g} \: \ce{S} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{S}}{32.07 \: \text{g} \: \ce{S}} = 0.232 \: \text{mol} \: \ce{S}\nonumber \]
Це кількість сірки, яка вступила в реакцію. Проблема внутрішньо послідовна.
Резюме
- Визначення граничного реагенту вимагає, щоб всі масові величини спочатку були перетворені в молі для оцінки рівняння.
Рецензія
- Чому всі значення маси потрібно перетворювати в молі перед визначенням граничного реагенту?
- Срібний метал реагує з сіркою, утворюючи сульфід срібла відповідно до наступного збалансованого рівняння:
\[2 \ce{Ag} \left( s \right) + \ce{S} \left( s \right) \rightarrow \ce{Ag_2S} \left( s \right)\nonumber \]
- Якщо 0,700 моль Ag реагує з 10,0 г S, сірка або алюміній є обмежуючим реагентом?
- Скільки грам Ag 2 S буде вироблено?