Begrensning av reaktantproblemer i kjemi

EN balansert kjemisk ligning viser de molare mengdene av reagenser som vil reagere sammen for å produsere molære mengder av Produkter. I den virkelige verden blir reaktanter sjelden brakt sammen med den nøyaktige mengden som trengs. Den ene reaktanten vil bli fullstendig brukt opp før den andre. Reaktanten brukt opp først er kjent sombegrensende reaktant. De andre reaktantene blir delvis konsumert der den gjenværende mengden anses som "i overkant". Dette eksempelproblemet demonstrerer en metode for å bestemme den begrensende reaktanten for en kjemisk reaksjon.

Natriumhydroksyd (NaOH) reagerer med fosforsyre (H₃PO₄) for å danne natriumfosfat (Na₃PO₄) og vann (H₂O) ved reaksjonen:

• 3 NaOH (vandig) + H₃PO₄(aq) → Na₃PO₄(aq) + 3 H₂O (l)

Hvis 35,60 gram NaOH blir reagert med 30,80 gram H₃PO₄,

• en. Hvor mange gram Na₃PO₄ blir dannet?
• b. Hva er den begrensende reaktanten?
• c. Hvor mange gram av overflødig reaktant gjenstår når reaksjonen er fullført?

Nyttig informasjon:

• Molmasse av NaOH = 40,00 gram
• Molmasse av H₃PO₄ = 98,00 gram
• Molmasse av Na₃PO₄ = 163,94 gram

For å bestemme den begrensende reaktanten må du beregne mengden produkt dannet av hver reaktant. Reaktanten som produserer den minste mengden produkt er den begrensende reaktanten.

For å bestemme antall gram Na₃PO₄ formet:

• gram Na₃PO₄ = (gram reaktant) x (mol reaktant / mol masse av reaktant) x (molforhold: produkt / reaktant) x (mol masse av produkt / mol produkt)

Mengde Na₃PO₄ dannet av 35,60 gram NaOH

• gram Na₃PO₄ = (35,60 g NaOH) x (1 mol NaOH / 40,00 g NaOH) x (1 mol NaOH)₃PO₄/ 3 mol NaOH) x (163,94 g Na₃PO₄/ 1 mol Na₃PO₄)
• gram Na₃PO₄ = 48,64 gram

Mengde Na₃PO₄ dannet fra 30,80 gram H₃PO₄

• gram Na₃PO₄ = 30,80 g H₃PO₄) x (1 mol H₃PO₄/98,00 gram H₃PO₄) x (1 mol Na₃PO₄/ 1 mol H₃PO₄) x (163,94 g Na₃PO₄/ 1 mol Na₃PO₄)
• gram Na₃PO₄ = 51,52 gram

Natriumhydroksydet dannet mindre produkt enn fosforsyren. Dette betyr at natriumhydroksydet var den begrensende reaktanten og 48,64 gram natriumfosfat ble dannet.

For å bestemme mengden av overflødig reaktant gjenværende, er mengden brukt nødvendig.

• gram brukt reaktant = (gram produkt dannet) x (1 mol produkt / molmasse produkt) x (føflekkforhold av reaktant / produkt) x (mol masse reaktant)
• gram H₃PO₄ brukt = (48,64 gram Na₃PO₄) x (1 mol Na₃PO₄/163,94 g Na₃PO₄) x (1 mol H₃PO₄/ 1 mol Na₃PO₄) x (98 g H)₃PO₄/ 1 mol)
• gram H₃PO₄ brukt = 29,08 gram

Dette tallet kan brukes til å bestemme den gjenværende mengden overflødig reaktant.

• Grams H₃PO₄ gjenværende = innledende gram H₃PO₄ - gram H₃PO₄ brukt
• gram H₃PO₄ gjenværende = 30,80 gram - 29,08 gram
• gram H₃PO₄ gjenværende = 1,72 gram

Når 35,60 gram NaOH reageres med 30,80 gram H₃PO₄,

• en. 48,64 gram Na₃PO₄ dannes.
• b. NaOH var den begrensende reaktanten.
• c. 1,72 gram H₃PO₄ forbli ved ferdigstillelse.