Back to chapter

4.2:

Limiterend Reagens

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Limiting Reactant

Languages

Share

Bij een chemische reactie interageren reactanten met elkaar om producten te vormen. De reactant die volledig wordt verbruikt, is de beperkende reactant, en de reactant die aanwezig is in een hoeveelheid die groter is dan nodig is om volledig te reageren met de beperkende reactant, is de overmaat aan reactant. Een receptanalogie is nuttig om deze concepten te begrijpen.In dit recept maak je vijf wafels met een kopje bloem, 2 eieren en 3 eetlepels suiker. Als er 3 kopjes bloem, 4 eieren en 8 eetlepels suiker zijn, hoeveel wafels kunnen er dan gemaakt worden? Er is genoeg bloem om 15 wafels te maken en genoeg suiker om 13 1/3 wafels te maken.Er zijn echter maar genoeg eieren voor 10 wafels. Hier is ei de beperkende reactant omdat het de minste hoeveelheid wafels maakt, terwijl de bloem en de suiker teveel zijn. Denk nu aan de verbrandingsreactie tussen methaan en zuurstof om kooldioxide en water te produceren.Bedenk dat de coëfficiënten van een uitgebalanceerde vergelijking de stoichiometrische hoeveelheden van de reactanten en producten vertegenwoordigen. Daarom is de stoichiometrische molverhouding van methaan tot kooldioxide één op één en die van zuurstof tot kooldioxide twee op één. Stel dat er 80 gram methaan en 128 gram zuurstof is.Wat is de beperkende reactant en hoeveel kooldioxide zal er worden gevormd? Ten eerste moeten de massa’s van de reactanten worden omgezet in molen met behulp van hun molaire massa’s. Stoichiometrisch produceert 5 mol methaan 5 mol kooldioxide, terwijl 4 mol zuurstof slechts 2 mol kooldioxide produceert.Omdat zuurstof de minste hoeveelheid kooldioxide produceert, is het de beperkende reactant, terwijl methaan de overmaat aan reactant is. Als we de beperkende reactant kennen, kan het aantal productmolen worden omgezet in grammen. Daarom kan 88 gram kooldioxide worden geproduceerd.Maar hoeveel methaan reageert niet? De molverhouding methaan tot zuurstof geeft aan dat vier mol zuurstof volledig zou reageren met 2 mol methaan. Dus 3 mol niet-gereageerd methaan zijn de overmaat.

4.2:

Limiterend Reagens

The relative amounts of reactants and products represented in a balanced chemical equation are often referred to as stoichiometric amounts. However, in reality, the reactants are not always present in the stoichiometric amounts indicated by the balanced equation.

In a chemical reaction, the reactant which gets consumed first, and limits the amount of product formed, is the limiting reactant, while the other substance becomes the excess reactant. An excess of one or more reactants is often used to ensure the complete conversion of the other reactant into the product.

Consider the reaction for the formation of water represented by the equation:

Eq1

The balanced equation shows the hydrogen and oxygen react in a 2:1 stoichiometric ratio. If these reactants are provided in any other amounts, one of the reactants will nearly always be entirely consumed, thus limiting the amount of product that may be generated. This substance is the limiting reactant, and the other substance is the excess reactant. Identifying the limiting and excess reactants for a given situation requires computing the molar amounts of each reactant provided and comparing them to the stoichiometric amounts represented in the balanced chemical equation. 

Stoichiometry indicates that two moles of hydrogen and one mole of oxygen react to produce two moles of water; that is, hydrogen and oxygen combine in a 2:1 ratio. Imagine if 5 moles of hydrogen and 2 moles of oxygen are present. The ratio of the reactants is now 5:2 (or 2.5:1), which is greater than the stoichiometric ratio of 2:1. Hydrogen, therefore, is present in excess, and oxygen is the limiting reactant. Reaction of all the provided oxygen (2 mol) will consume 4 mol of the 5 mol of hydrogen provided, leaving 1 mol of hydrogen unreacted. Computing the molar amounts of each reactant provided and comparing them to the stoichiometric amounts represented in the balanced chemical equation is one way of identifying the limiting and excess reactant.

An alternative approach involves calculating the amount of product formed in moles from each reactant, as per the reaction’s stoichiometry, and then comparing the amounts. The reactant that produces a lesser amount of product moles is the limiting reactant. For example, the complete reaction of five moles of hydrogen would yield:

Eq2

Similarly, the complete reaction of two moles of oxygen would yield:

Eq3

Oxygen produces fewer moles of water, and therefore, oxygen is the limiting reactant. Oxygen will be completely consumed once 4 moles of H2O have been produced. The stoichiometry between hydrogen and oxygen being 2:1, four moles of hydrogen are needed to react with two moles of oxygen. 

Eq4

Thus, (5 mol H2 − 4 mol H2 = 1 mol H2), one mole of unreacted hydrogen will remain once this reaction is complete. 

This text is adapted from OpenStax, Chemistry 2e, Section 4.4: Reaction Yield.