If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Ограничаващи реагенти и химичен добив от реакцията

Ограничаващ реактант и теоретичен добив

Ето една класическа главоблъсканица: Имаме пет кренвирша и четири хлебчета. Колко хотдога можем да направим?
Като приемем, че кренвиршите и хлебчетата се комбинират в съотношение 1:1, можем да направим четири хотдога. След като ни свършат хлебчетата, вече няма да можем да правим хотдози. С други думи хлебчетата ще ограничат броя хотдози, които можем да произведем.
Реакция с 5 кренвирша и 4 хлебчета за хот дог ще даде 4 хотдога и 1 кренвирш остатък. Хлебчетата за хотдог са ограничаващият реагент, а остатъкът от 1 кренвирш е реагент в излишък. Четирите завършени хотдога са теоретичният добив.
По много подобен начин един реактант в химична реакция може да ограничи количеството продукти, образувани от реакцията. Когато това се случи, наричаме реактанта ограничаващ реактант (или ограничаващ реагент). Количеството продукт, което се образува, когато ограничаващият реактант се изразходва напълно в реакцията, се нарича теоретичен добив. В примера с хотдоговете определихме теоретичния добив (четири хотдога) въз основа на броя на хлебчетата, с които разполагахме.
Достатъчно за хотдозите! В следващия пример ще видим как да определим ограничаващия реактант и как да изчислим теоретичния добив от една реална химична реакция.

Пример 1: Използване на ограничаващия реактант за изчисляване на теоретичния добив

2,80 g проба твърд Al реагира с 4,15 g газообразен ClA2 съгласно уравнението, показано по-долу.
2Al+3ClA22AlClA3
Какъв е теоретичният добив от AlClA3 в тази реакция?
За да решим тази задача, първо трябва да определим кой реактант – Al или ClA2 – е ограничаващ. Можем да направим това, като преобразуваме масите и на двата реактанта в молове, а после използваме едно или повече моларни съотношения от изравненото химично уравнение, за да идентифицираме ограничаващия реактант. Оттам можем да използваме количеството ограничаващ реактант, за да изчислим теоретичния добив от AlClA3.

Стъпка 1: Преобразуване на масите на реактантите в молове

Нека започнем, като първо преобразуваме масите Al и ClA2 в молове, като използваме техните моларни маси:
2,80g Al1мол Al26,98g Al=1,04101мола Al4,15g Cl21мол Cl270,90g Cl2=5,85102мола Cl2

Стъпка 2: Намиране на моловете на ограничаващия реактант

Сега, когато знаем количествата Al и ClA2 в молове, можем да определим кой реактант е ограничаващ. Както ще видиш по-долу, има множество начини да направим това, във всеки от които се използва концепцията за моларно съотношение. Но всички методи дават един и същи отговор, така че можеш да избереш който подход предпочиташ.
Метод 1: При първия метод ще определим ограничаващия реактант чрез сравняване на моларното съотношение на Al и ClA2 в изравненото уравнение с моларното съотношение, което реално е налично. В този случай моларното съотношение на Al и ClA2, изисквано от балансираното уравнение, е
молове Alмолове Cl2(необходими)=23=0,66
а реалното моларно съотношение е
молове Alмолове Cl2(реално)=1,041015,85102=1,78
Тъй като реалното съотношение е по-голямо от необходимото съотношение, имаме повече Al, отколкото е необходимо, за да взаимодейства напълно с ClA2. Това означава, че Cl2 е ограничаващият реактант. Ако реалното съотношение беше по-малко от необходимото съотношение, тогава вместо това щяхме да имаме излишък на Cl2 и Al щеше да е ограничаващ.
Метод 2: Във втория метод ще използваме моларното съотношение на Al и ClA2, за да определим колко ClA2 би ни трябвал, за да реагира напълно с 1,04101 мола Al. После ще сравним отговора с количеството ClA2, което реално имаме, за да видим дали ClA2 е ограничаващ, или не. Броят молове ClA2, необходими, за да реагират с 1,04101 мола Al, е
1,04101мола Al3мола Cl22мола Al=1,56101мола Cl2
Според по-ранните ни изчисления имаме 5,85102 мола ClA2, което е по-малко от 1,56101 мола. Това означава, че ClA2 е ограничаващ. (Забележи, че можехме да направим подобен анализ за Al, вместо за ClA2, и щяхме да стигнем до същото заключение.)
Метод 3: За третия и последен метод ще използваме моларните съотношения от изравненото уравнение, за да изчислим количеството AlClA3, което би се образувало при пълното изразходване на Al и ClA2. Реактантът, който произвежда най-малкото количество AlClA3, трябва да е ограничаващ. Първо да изчислим колко AlClA3 би се образувал, ако Al бъде изразходен напълно:
1,04101мола Al2мола AlCl32мола Al=1,04101мола AlCl3
После нека изчислим количеството AlClA3, което би се образувало, ако ClA2 бъде изразходен напълно:
5,85102мола Cl22мола AlCl33мола Cl2=3,90102мола AlCl3
Тъй като количеството ClA2 е достатъчно за получаване на по-малко количество AlClA3, отколкото Al, ClA2 трябва да е ограничаващият реактант.

Стъпка 3: Изчисляване на теоретичния добив

Крайната ни стъпка е да определим теоретичния добив от AlCl3 в реакцията. Помни, че теоретичният добив е количеството продукт, който се получава, когато ограничаващият реактант бъде напълно изразходван. В този случай ограничаващият реактант е ClA2, така че максималното количество AlCl3, което може да бъде образувано, е
5,85102мола Cl22мола AlCl33мола Cl2=3,90102мола AlCl3
Забележи, че вече бяхме изчислили тази стойност с помощта на третия метод! Тъй като теоретичният добив обикновено се дава с мерни единици маса, нека използваме моларната маса на AlClA3, за да преобразуваме от молове AlClA3 в грамове:
3,90102мола AlCl3133,33g AlCl31мол AlCl3=5,20g AlCl3

Процентен добив

Както току-що научихме, теоретичният добив е максималното количество продукт, което може да бъде образувано в една химична реакция според количеството ограничаващ реактант. Но на практика реалният добив от продукта – количеството продукт, което реално бива получено – почти винаги е по-нисък от теоретичния добив. Това може да се дължи на множество фактори, включително странични реакции (вторични реакции, които образуват нежелани продукти) или от стъпките на пречистване, които намаляват количеството продукт, изолирано след реакцията.
Котка крадец на ивици и с маска на очите, която държи откраднато хлебче.
О, не, една крадлива котка отмъкна едно от хлебчетата ни! Това означава, че реалният ни добив е само три хотдога. При условие, че теоретичният добив беше четири хотдога, какъв е процентният ни добив?
Реалният добив от една реакция обикновено се дава като процентен добив или процент от теоретичния добив, който реално бива получен. Процентният добив се изчислява както следва:
Процентен добив=реален добивтеоретичен добив100%
Въз основа на това определение бихме очаквали процентният добив да има стойност между 0% и 100%. Ако процентният ни добив е по-голям от 100%, това означава, че вероятно сме изчислили нещо неправилно или сме направили грешка в експеримента. Като помним това, нека опитаме да изчислим процентния добив от реакция на утаяване в следния пример:

Пример 2: Изчисляване на процентен добив

Ученик смесва 25,0 mL 0,314M BaClA2 с излишък от AgNOA3, при което се получава утайка от AgCl. Изравненото уравнение за реакцията е показано по-долу.
BaClA2+2AgNOA32AgCl+Ba(NOA3)A2
Ако ученикът изолира 1,82 g AgCl, какъв е процентният добив на реакцията?
За да решим тази задача, ще трябва да използваме дадената информация за ограничаващия реактант BaClA2, за да изчислим теоретичния добив от AgCl за реакцията. После можем да сравним тази стойност с реалния добив от AgCl, за да определим процентния добив. Нека го направим стъпка по стъпка:

Стъпка 1: Намери моловете ограничаващ реактант

За да определим теоретичния добив от AgCl, първо трябва да знаем колко мола BaClA2 са били изразходени в реакцията. Даден ни е обемът (0,0250 L) и моларността (0,314M) на разтвора BaClA2, така че можем да намерим броя молове BaClA2, като умножим тези две стойности:
Мола BaCl2=MBaCl2литра разтвор=0,314мола BaCl21L разтвор0,0250L разтвор=7,85103мола BaCl2

Стъпка 2: Определи теоретичния добив (в грамове)

Сега, когато имаме количеството BaClA2 в молове, можем да намерим теоретичния добив AgCl в грамове:
7,85103мола BaCl22мола AgCl1мол BaCl2143,32g AgCl1мол AgCl=2,25g AgCl

Стъпка 3: Изчисли процентния добив

Накрая можем да изчислим процентния добив от AgCl, като разделим реалния добив от AgCl (1,82 g) на теоретичния добив от стъпка 2:
%добив=реален добивтеоретичен добив100%=1,82g AgCl2,25g AgCl100%=80,9%

Резюме

Ограничаващият реактант (или ограничаващият реагент) е реактантът, който се изразходва пръв в една химична реакция и, следователно, ограничава количеството продукт, което може да се образува. Както видяхме в първия пример, има много различни начини да определим ограничаващия реактант, но всички те включват използването на моларни съотношения от изравненото химично уравнение.
Количеството продукт, което може да бъде образувано въз основа на ограничаващия реактант, се нарича теоретичен добив. В реалността количеството продукт, което реално бива събрано, известно като реален добив, почти винаги е по-малко от теоретичния добив. Реалният добив обикновено се изразява като процентен добив, което показва какъв процент от теоретичния добив е бил получен.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.