pkujiahe/iStock/GettyImages
Föreställ dig att du dekorerar cupcakes med strössel. Varje cupcake kräver en handfull strössel, så du har 12 cupcakes men två stora baljor med strössel. Du har mer strössel än cupcakes, men du kommer bara att dekorera 12 muffins eftersom det är den begränsande faktorn. Inom kemi kallas den komponent som begränsar produktbildningen begränsande reagens . När du har identifierat den kan du beräkna den teoretiska avkastningen —den maximala mängd produkt du kan få från utgångsmaterialen.
Tänk på reaktionen som bildar ammoniak från väte och kväve:
\(\mathrm{H_2+N_2\högerpil NH_3}\)
Denna ekvation är obalanserad. Den balanserade formen är:
\(\mathrm{3H_2+N_2\högerpil 2NH_3}\)
Från den balanserade ekvationen ser vi att 3 mol väte producerar 2 mol ammoniak, och 1 mol kväve producerar också 2 mol ammoniak.
Anta att du börjar med 4,5 g väte och 24 g kväve. För att bestämma det begränsande reagenset, omvandla först massor till mol med hjälp av molmassorna (H₂=2,02gmol⁻¹, N₂=28,02gmol⁻¹):
\(\mathrm{4.5\,g\,H_2\vänster(\dfrac{1\,mol\,H_2}{2.02\,g\,H_2}\höger)=2.23\,mol\,H_2}\)
\(\mathrm{24\,g\,N_2\left(\dfrac{1\,mol\,N_2}{28.02\,g\,N_2}\right)=0.86\,mol\,N_2}\)
Använd det stökiometriska förhållandet och ta reda på hur mycket kväve som krävs för att förbruka alla 2,23 mol väte:
\(\mathrm{2,23\,mol\,H_2\vänster(\dfrac{1\,mol\,N_2}{3\,mol\,H_2}\höger)=0,74\,mol\,N_2}\)
Beräkna på samma sätt det väte som behövs för alla 0,86 mol kväve:
\(\mathrm{0,86\,mol\,N_2\vänster(\dfrac{3\,mol\,H_2}{1\,mol\,N_2}\höger)=2,58\,mol\,H_2}\)
Eftersom du bara har 2,23 mol väte – kort av de 2,58 mol som krävs för att reagera med tillgängligt kväve – är väte det begränsande reagenset. När vätgasen är slut kan ingen ytterligare ammoniak bildas, och eventuellt kvarvarande kväve lämnas oanvänt, precis som överflödigt strössel kvarstår efter att alla cupcakes har dekorerats.
Med väte identifierat som det begränsande reagenset, beräkna den maximala ammoniak som kan produceras:
\(\mathrm{2,23\,mol\,H_2\vänster(\dfrac{2\,mol\,NH_3}{3\,mol\,H_2}\höger)=1,49\,mol\,NH_3}\)
Detta värde, 1,49 mol ammoniak, är det teoretiska utbytet – den högsta mängden som kan uppnås om varje vätemolekyl reagerade perfekt.
I praktiken fortskrider kemiska reaktioner sällan med 100 % effektivitet. Bireaktioner kan förbruka en del av utgångsmaterialen, vilket ger oavsiktliga produkter. Således är den faktiska avkastningen vanligtvis lägre än den teoretiska avkastningen, ett koncept som är analogt med ett syskon som stjäl en cupcake under dekoration.
