Ограничивающий реагент

В химической реакции реагенты взаимодействуют друг с другом с образованием продуктов. Реагент, который расходуется полностью, является ограничивающим реагентом, а реагент, присутствующий в количестве, большем, чем необходимо для полного взаимодействия с ограничивающим реагентом, является избыточным реагентом. Для понимания этой концепции будет полезно провести аналогию с рецептами.

Так из одного стакана муки, 2 яиц и 3 столовых ложек сахара получается пять вафель. Если у нас есть 3 стакана муки, 4 яйца и 8 столовых ложек сахара, сколько вафель можно сделать? Муки хватит на 15 вафель, а сахара на 13 и 1/3 вафли.

Однако яиц хватает только на 10 вафель. В данном случае яйца являются ограничивающим реагентом, потому что их хватит на наименьшее количество вафель, а мука и сахар в избытке. Теперь рассмотрим реакцию горения метана и кислорода с образованием диоксида углерода и воды.

Напомним, что коэффициенты сбалансированного уравнения представляют собой стехиометрическое количество реагентов и продуктов. Следовательно, стехиометрическое мольное соотношение метана к диоксиду углерода составляет один к одному, а отношение кислорода к диоксиду углерода составляет два к одному. Предположим, есть 80 граммов метана и 128 граммов кислорода.

Какой из реагентов ограничивающий, и сколько образуется диоксида углерода? Во-первых, массы реагентов необходимо перевести в моли с использованием их молярных масс. Стехиометрически из 5 молей метана образуется 5 молей диоксида углерода, в то время как из 4 молей кислорода образуется только 2 моля диоксида углерода.

Поскольку из кислорода образуется наименьшее количество диоксида углерода, он является ограничивающим реагентом, в то время как метан является избыточным реагентом. Зная ограничивающий реагент, количество молей продукта можно перевести в граммы. Таким образом, можно получить 88 граммов диоксида углерода.

Но сколько метана не вступило в реакцию? Молярное отношение метана к кислороду показывает, что четыре моля кислорода полностью вступят в реакцию с 2 молями метана. Итак, 3 моля не вступившего в реакцию метана являются избытком.