Как найти лимитирующий реагент

Что такое лимитирующий реагент

В реакции реагенты расходуются в соотношении, заданном уравнением. Лимитирующий реагент — тот, что кончается первым; он определяет, сколько продукта может образоваться. Остальные в избытке, и часть каждого остаётся.

Метод

1. Уравняйте уравнение.
2. Переведите массу каждого реагента в моли: моли = масса ÷ молярная масса.
3. Разделите моли каждого реагента на его коэффициент в уравнении.
4. Реагент с наименьшим результатом — лимитирующий.

Разобранный пример

Водород горит в кислороде: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. У вас 4,0 г H₂ и 16,0 г O₂.

• H₂: 4,0 ÷ 2,016 = 1,98 моль, ÷ 2 = 0,99
• O₂: 16,0 ÷ 32,00 = 0,50 моль, ÷ 1 = 0,50

Кислород даёт меньшее число, так что O₂ — лимитирующий реагент, хотя по массе его больше.

Теоретический выход и остатки

0,50 моль O₂ дают 2 × 0,50 = 1,0 моль воды, то есть 1,0 × 18,02 = 18,0 г — теоретический выход. При этом расходуется 1,0 моль H₂, 2,02 г, так что остаётся 4,0 − 2,02 = 1,98 г водорода.

Масса, которую вы реально получили, делённая на теоретический выход, — это практический выход в процентах.

Частые ошибки

• Сравнивать массы вместо молей.
• Сравнивать моли, не разделив их на коэффициенты.
• Использовать неуравненное уравнение.

Калькуляторы

Калькулятор лимитирующего реагента делает всё это по формулам и массам. Сначала уравняйте уравнение в Уравнивание химических реакций, найдите молярные массы в Калькулятор молярной массы и сравните результат в Калькулятор выхода реакции.

Ещё один разобранный пример

Алюминий и хлор: 2 Al + 3 Cl₂ → 2 AlCl₃, начиная с 10,0 г Al и 30,0 г Cl₂.

• Хлор даёт меньшее значение, значит, Cl₂ — лимитирующий.
• Продукт: 0,141 × 2 = 0,282 моль AlCl₃, то есть 0,282 × 133,34 = 37,6 г.
• Израсходовано алюминия: 0,282 моль, 7,61 г, так что остаётся 10,0 − 7,61 = 2,4 г Al.

Когда реагент — раствор

Для раствора моли = объём в литрах × молярность. 25 мл 2,0 М HCl — это 0,025 × 2,0 = 0,050 моль. При смешивании с 1,0 г магния в Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ кислота даёт 0,050 ÷ 2 = 0,025 против 0,041 ÷ 1 у магния, так что лимитирует кислота.

Частые ошибки

• Не учитывать чистоту и содержание воды. Реагент чистотой 95% или кристаллогидрат содержит меньше вещества, чем следует из его массы.
• Забыть о реагенте в большом избытке. Вода как растворитель или воздух как источник кислорода редко лимитируют, но всё равно должны быть в наличии.
• Винить лимитирующий реагент в низком выходе. Низкий выход после правильного расчёта указывает на реакцию или обработку, а не на арифметику.