BEGRENZUNG UND ÜBERSCHUSS AN REAGENZ: BERECHNUNG UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Das limitierende Reagenz ist eines, das vollständig verbraucht ist und bestimmt, wie viel Masse an Produkten bei einer chemischen Reaktion gebildet wird. während das Reagenz im Überschuss eines ist, das nach dem Verbrauch des limitierenden Reagens nicht vollständig reagiert.

Bei vielen Reaktionen wird nach einem Überschuss eines Reagenz gesucht, um sicherzustellen, dass das gesamte interessierende Reagenz reagiert. Wenn beispielsweise A mit B unter Bildung von C reagiert und A vollständig reagieren soll, wird ein Überschuss an B hinzugefügt. Die Synthese sowie wissenschaftliche und wirtschaftliche Kriterien entscheiden jedoch darüber, ob ein Überschuss an A angemessen ist. oder B.

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Das limitierende Reagenz bestimmt die Menge an Produkt, die bei der chemischen Reaktion gebildet werden kann. Wenn bekannt ist, wie viel A reagiert hat, wird sofort bestimmt, wie viel C gebildet wurde. Überschüssiges Reagenz zeigt niemals die Mengen des gebildeten Produkts.

Was ist, wenn sowohl A als auch B in der Reaktion verbraucht werden? Dann sprechen wir von einer äquimolaren Mischung von A und B. In der Praxis ist es jedoch keine leichte Aufgabe, sicherzustellen, dass alle Reaktanten die gleiche Anzahl von Molen oder Äquivalenten aufweisen; In diesem Fall kann entweder A oder B verwendet werden, um die Menge an C zu berechnen.

Wie werden die limitierenden und überschüssigen Reaktanten berechnet?

Es gibt viele Möglichkeiten, die Menge des limitierenden Reagens zu identifizieren und zu berechnen, die an der Reaktion beteiligt sein kann. Einmal berechnet, sind die anderen Reagenzien im Überschuss.

Ein Verfahren, das es ermöglicht, anhand des Vergleichs des Anteils der Reagenzien mit dem stöchiometrischen Verhältnis zu identifizieren, welches das limitierende Reagenz ist, ist das nachstehend beschriebene.

Methode 1

Eine chemische Reaktion kann folgendermaßen umrissen werden:

aX + bY => cZ

Wobei X, Y und Z die Molzahl jedes Reaktanten und Produkts darstellen. Währenddessen stellen a, b und c ihre stöchiometrischen Koeffizienten dar, die sich aus dem chemischen Gleichgewicht der Reaktionen ergeben.

Wenn der Quotient (X / a) und der Quotient (Y / b) erhalten werden, ist der Reaktant mit dem niedrigeren Quotienten der limitierende Reaktant.

Wenn die angegebenen Verhältnisse berechnet werden, wird die Beziehung zwischen der Anzahl der in der Reaktion vorhandenen Mol (X, Y und Z) und der Anzahl der an der Reaktion beteiligten Mol hergestellt, dargestellt durch die stöchiometrischen Koeffizienten der Reaktanten (a und b).

Je niedriger der für ein Reagenz angegebene Quotient ist, desto größer ist daher das Defizit dieses Reagens, um die Reaktion zu vervollständigen. und deshalb ist es das limitierende Reagenz.

Beispiel

SiO ₂ (s) + 3 C (s) => SiC (s) + 2 CO ₂ (g)

3 g SiO ₂ (Siliciumoxid) werden mit 4,5 g C (Kohlenstoff) umgesetzt.

Mol SiO ₂

Masse = 3 g

Molekulargewicht = 60 g / mol

Molzahl SiO ₂ = ₃ g / (60 g / mol)

0,05 Mol

Molzahl von C.

Masse = 4,5 g

Atomgewicht = 12 g / mol

Molzahl C = 4,5 g / (12 g / mol)

0,375 Mol

Quotient zwischen der Molzahl der Reaktanten und ihren stöchiometrischen Koeffizienten:

Für SiO ₂ = 0,05 mol / 1 mol

Quotient = 0,05

Für C = 0,375 Mol / 3 Mol

Quotient = 0,125

Aus dem Vergleich der Werte der Quotienten kann geschlossen werden, dass der limitierende Reaktant SiO _{2 ist} .

Methode 2

Die aus SiC erzeugte Masse wird aus der vorherigen Reaktion berechnet, wenn 3 g SiO ₂ verwendet werden und wenn 4,5 g C verwendet werden

(3 g SiO ₂ ) x (1 Mol SiO ₂ /60 g SiO ₂ ) x (1 mol SiC / 1 mol SiO ₂ ) x (40 g SiC / SiC 1 mol) = 2 g SiC

(4,5 g C) x (3 Mol C / 36 g C) x (1 Mol SiC / 3 Mol C) x (40 g SiC / 1 Mol SiC) = 5 g SiC

Es würde also mehr SiC (Siliciumcarbid) erzeugt, wenn die Reaktion durch Verbrauch des gesamten Kohlenstoffs stattfinden würde als die Menge, die durch den Verbrauch des gesamten SiO _{2 erzeugt wird} . Zusammenfassend ist SiO ₂ das limitierende Reagenz, da, wenn das gesamte überschüssige C verbraucht ist, mehr SiC erzeugt würde.

Beispiele

-Beispiel 1

0,5 Mol Aluminium werden mit 0,9 Mol Chlor (Cl ₂ ) zu Aluminiumchlorid (AlCl ₃ ) umgesetzt: Was ist der limitierende Reaktant und was ist der überschüssige Reaktant? Berechnen Sie die Masse des Grenzreagenzes und des überschüssigen Reagenzes

2 Al (s) + 3 Cl ₂ (g) => 2 AlCl ₃ (s)

Methode 1

Die Quotienten zwischen den Molen der Reaktanten und den stöchiometrischen Koeffizienten sind:

Für Aluminium = 0,5 Mol / 2 Mol

Aluminiumquotient = 0,25

Für Cl ₂ = 0,9 Mol / 3 Mol

Cl ₂ -Quotient = 0,3

Dann ist das limitierende Reagenz Aluminium.

Eine ähnliche Schlussfolgerung wird gezogen, wenn die Mol Chlor bestimmt werden, die erforderlich sind, um sich mit den 0,5 Mol Aluminium zu verbinden.

Mol Cl ₂ = (0,5 Mol der A) x (3 Mol Cl ₂ /2 Mol des A)

0,75 Mol Cl ₂

Dann gibt es einen Überschuss an Cl ₂ : 0,75 Mol sind erforderlich, um mit dem Aluminium zu reagieren, und 0,9 Mol sind vorhanden. Daher gibt es einen Überschuss von 0,15 Mol Cl _2.

Es kann geschlossen werden, dass das limitierende Reagenz Aluminium ist

Berechnung der Massen der Reaktanten

Begrenzung der Reagenzienmasse:

Aluminiummasse = 0,5 Mol Al x 27 g / Mol

13,5 g.

Die Atommasse von Al beträgt 27 g / mol.

Masse des überschüssigen Reagenz:

Es blieben 0,15 Mol Cl ₂ übrig

Masse des überschüssigen Cl ₂ = 0,15 Mol Cl ₂ × 70 g / mol

10,5 g

-Beispiel 2

Die folgende Gleichung stellt die Reaktion zwischen Silbernitrat und Bariumchlorid in wässriger Lösung dar:

2 AgNO ₃ (aq) + BaCl ₂ (aq) => 2 AgCl (s) + Ba (NO ₃ ) ₂ (aq)

Wenn gemäß dieser Gleichung eine Lösung mit 62,4 g AgNO ₃ mit einer Lösung mit 53,1 g BaCl ₂ gemischt wird : a) Was ist das limitierende Reagenz? b) Wie viele von welchen Reaktanten bleiben nicht umgesetzt? c) Wie viele Gramm AgCl wurden gebildet?

Molekulargewichte:

-AgNO ₃ : 169,9 g / mol

-BaCl ₂ : 208,9 g / mol

-AgCl: 143,4 g / mol

-Ba (NO ₃ ) ₂ : 261,9 g / mol

Methode 1

Um Methode 1 anzuwenden, mit der das limitierende Reagenz identifiziert werden kann, müssen die in der Reaktion vorhandenen Mol AgNO ₃ und BaCl _{2 bestimmt werden} .

Mol AgNO ₃

Molekulargewicht 169,9 g / mol

Masse = 62,4 g

Molzahl = 62,4 g / (169,9 g / mol)

0,367 Mol

Mol BaCl ₂

Molekulargewicht = 208,9 g / mol

Masse = 53,1 g

Molzahl = 53,1 g / (208,9 g / mol)

0,254 Mol

Bestimmung der Quotienten zwischen der Molzahl der Reaktanten und ihren stöchiometrischen Koeffizienten.

Für AgNO ₃ = 0,367 Mol / 2 Mol

Quotient = 0,184

Für BaCl ₂ = 0,254 Mol / 1 Mol

Quotient = 0,254

Basierend auf Methode 1 ermöglicht der Wert der Verhältnisse die Identifizierung von AgNO ₃ als limitierendes Reagenz.

Berechnung der Masse des überschüssigen Reagenzes

Das stöchiometrische Gleichgewicht der Reaktion zeigt, dass 2 Mol AgNO ₃ mit 1 Mol BaCl ₂ reagieren _.

Moles von BaCl ₂ = (0,367 Mole AgNO ₃ ) x (1 mol BaCl ₂ /2 Mol AgNO ₃ )

0,1835 Mol BaCl ₂

Und die Mol BaCl ₂ , die nicht in die Reaktion eingegriffen haben, dh im Überschuss sind, sind:

0,254 Mol - 0,1835 Mol = 0,0705 Mol

Masse an BaCl ₂ im Überschuss:

0,0705 mol × 208,9 g / mol = 14,72 g

Zusammenfassung:

Überschüssiges Reagenz: BaCl ₂

Überschüssige Masse: 14,72 g

Berechnung der bei der Reaktion entstehenden Gramm AgCl

Um die Masse der Produkte zu berechnen, werden die Berechnungen basierend auf dem Grenzreagenz durchgeführt.

g AgCl = (62,4 g AgNO ₃ ) x (1 Mol AgNO ₃ / 169,9 g) x (2 Mol AgCl / 2 Mol AgNO ₃ ) x (142,9 g / Mol AgCl)

52,48 g

Verweise

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8. Aufl.). CENGAGE Lernen.
2. Flores J. (2002). Chemie. Santillana Editorial
3. Wikipedia. (2018). Begrenzungsreagenz: en.wikipedia.org
4. Shah S. (21. August 2018). Reagenzien begrenzen. Chemie LibreTexts. Wiederhergestellt von: chem.libretexts.org
5. Beispiele für stöchiometrisch begrenzende Reagenzien. Wiederhergestellt von: chemteam.info
6. Washington University. (2005). Reagenzien begrenzen. Wiederhergestellt von: chemie.wustl.edu