Av Riti Gupta
Uppdaterad 30 augusti 2022
I en kemisk reaktion stoppar den reaktant som först är helt förbrukad reaktionen. Den reaktanten är känd som den begränsande reaktanten (eller begränsande reagens). Den återstående reaktanten, om någon, kallas överskottsreaktanten .
I de flesta laboratoriemiljöer tillsätts reaktanter i mängder som inte matchar de exakta stökiometriska förhållandena som visas i den balanserade ekvationen. Att förstå vilka arter som begränsar hjälper kemister att förutsäga produktutbyten, designa uppskalningsprocesser och undvika kostsamt avfall.
Den balanserade ekvationen för ureasyntes är:
\(2\mathrm{NH}_3(g)+\mathrm{CO}_2(g) \högerpil (\mathrm{NH}_2)_2\mathrm{CO}(aq)+\mathrm{H}_2\mathrm{O}(l)\)
Från koefficienterna reagerar 2mol ammoniak med 1mol koldioxid. Anta att vi lägger till 4mol \(\mathrm{CO}_2\) och 12mol \(\mathrm{NH}_3\).
Beräkna ammoniaken som behövs för 4mol koldioxid:
\(4\text{ mol }\mathrm{CO}_2\left(\dfrac{2\text{ mol }\mathrm{NH}_3}{1\text{ mol }\mathrm{CO}_2}\right)=8\text{ mol }\mathrm{NH}_3\)
Endast 8 mol ammoniak krävs, vilket lämnar 4 mol oanvända. Därför är koldioxid den begränsande reaktanten och ammoniak är i överskott.
Alternativt kan du avgöra hur mycket koldioxid som behövs för 12 mol ammoniak:
\(12\text{ mol }\mathrm{NH}_3\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{CO}_2}{2\text{ mol }\mathrm{NH}_3}\right)=6\text{ mol }\mathrm{CO}_2\)
Eftersom endast 4mol \(\mathrm{CO}_2\) är närvarande, följer samma slutsats:koldioxid begränsar reaktionen.
Den balanserade ekvationen är:
\(2\mathrm{Al}+3\mathrm{Cl}_2 \högerpil 2\mathrm{AlCl}_3\)
Med 25 g aluminium och 32 g klorgas, omvandla massor till mol:
Aluminium:\(25\text{ g }\mathrm{Al}\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{Al}}{26.98\text{ g }\mathrm{Al}}\right)=0.93\text{ mol }\mathrm{Al}\)
Klor:\(32\text{ g }\mathrm{Cl}_2\left(\dfrac{1\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}{70.90\text{ g }\mathrm{Cl}_2}\right)=0.45\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\)
Bestäm klor som krävs för att förbruka allt aluminium:
\(0,93\text{ mol }\mathrm{Al}\left(\dfrac{3\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}{2\text{ mol }\mathrm{Al}}\right)=1,40\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\)
Endast 0,45 mol klor är tillgängligt, så klor är den begränsande reaktanten. Överskottsreaktanten är aluminium.
Verifiering:Mol av aluminium behövs för allt klor:
\(0,45\text{ mol }\mathrm{Cl}_2\left(\dfrac{2\text{ mol }\mathrm{Al}}{3\text{ mol }\mathrm{Cl}_2}\right)=0,30\text{ mol }\mathrm{Al}\)
Eftersom 0,93 mol aluminium är närvarande, förblir slutsatsen oförändrad.
Den begränsande reaktanten bestäms av de faktiska mängderna reaktanter som används, inte av enbart de stökiometriska koefficienterna. Att beräkna förhållandet mellan tillgängliga mol till det stökiometriska förhållandet kommer alltid att avslöja vilken art som begränsar produktbildningen.
