Limitný reaktant

teória

Čo je limitný reaktant?

Ako prvé odporúčam prejsť tému výpočty z chemickej rovnice.

Limitný reaktant je látka, ktorá sa v chemickej reakcii spotrebuje ako prvá a tým určuje maximálne možné množstvo produktu. Keď sa minie, reakcia sa zastaví, aj keď druhý reaktant je ešte v prebytku.

V skutočnosti:

reagujúce látky zriedka bývajú v ideálnom mólovom pomere podľa rovnice,
jedna z nich býva v nadbytku,
druhá sa minie skôr → tá obmedzí reakciu.

teória

Ako zistiť, ktorý reaktant je limitný

Krok 1: Vyčísli chemickú rovnicu. Bez vyčíslenej rovnice to nemá zmysel.

Krok 2: Prepočítaj všetky dané hmotnosti a objemy na látkové množstvo. Vždy si vypočítaj látkové množstvo – potom máš vyhrané:

n = \frac{m}{M} \qquad \text{alebo} \qquad n = \frac{V}{V_m}

Krok 3: Porovnaj skutočný mólový pomer so stechiometrickým. Použi koeficienty v rovnici: zober jednu látku a vypočítaj, koľko mólov druhej by bolo potrebných.

Krok 4: Látka, ktorá nestačí pokryť potrebu, je limitný reaktant. Z nej potom počítame množstvo produktu.

teória

Ukážka: výroba amoniaku

\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3

Na 1 mol dusíka treba 3 moly vodíka. Nech reagujú 2 moly dusíka a 4 moly vodíka. Koľko H₂ je potrebné pre 2 mol N₂?

2 \cdot 3 = 6\ \text{mol H}_2

Máme však len 4 mol → H₂ je limitný reaktant. Množstvo produktu počítame z neho, pomocou pomeru $3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$ :

n(\text{NH}_3) = 4 \cdot \frac{2}{3} = \frac{8}{3} \approx 2{,}67\ \text{mol}

teória

Ktorá látka ostáva v nadbytku?

Zistíme, koľko mólov látky v nadbytku sa spotrebuje.
Odpočítame to od skutočného množstva.

V našom príklade sa zo 4 mol H₂ spotrebuje $4 \cdot \frac{1}{3} \approx 1{,}33$ mol N₂, takže $2 - 1{,}33 \approx 0{,}67$ mol N₂ zostane nezreagovaných. Keby sme naopak mali 10 mol H₂ (potrebných je len 6 mol), zostali by 4 mol H₂ v nadbytku a limitný by bol dusík.

teória

Prečo to musíme vedieť?

limitný reaktant určuje teoretický výťažok produktu,
dovoľuje predpovedať spotrebu surovín,
je kľúčový pri plánovaní výroby v priemysle,
vysvetľuje, prečo niektoré reakcie neprebehnú úplne.

Najčastejšie chyby žiakov:

porovnávanie hmotností namiesto mólov (reakcie prebiehajú v móloch!),
zabudnutý prevod ml → dm³,
zle prečítaný mólový pomer z rovnice,
výpočet produktu z látky, ktorá je v nadbytku, namiesto z limitného reaktantu.

vyskúšaj si

Precvičenie

Príklad 1

Pri spaľovaní reaguje 5,0 g vodíka (H₂) a 32,0 g kyslíka (O₂). Ktorá látka je limitný reaktant a koľko gramov vody vznikne?

Riešenie

Rovnica: $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$

Látkové množstvá ( $M(\text{H}_2) = 2\ \text{g/mol}$ , $M(\text{O}_2) = 32\ \text{g/mol}$ ):

n(\text{H}_2) = \frac{5{,}0}{2} = 2{,}5\ \text{mol} \qquad n(\text{O}_2) = \frac{32{,}0}{32} = 1{,}0\ \text{mol}

Porovnanie: na 1,0 mol O₂ potrebujeme $2 \cdot 1{,}0 = 2{,}0$ mol H₂. Máme 2,5 mol H₂, teda vodíka je viac, než treba → kyslík je limitný reaktant.
Voda z limitného reaktantu (pomer $\text{O}_2 : \text{H}_2\text{O} = 1 : 2$ ):

n(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 1{,}0 = 2{,}0\ \text{mol} \qquad m(\text{H}_2\text{O}) = 2{,}0 \cdot 18 = 36\ \text{g}

Limitný reaktant je kyslík a vznikne 36 g vody.

Príklad 2

Za rovnakých podmienok reaguje 10,0 dm³ dusíka (N₂) a 20,0 dm³ vodíka (H₂). Ktorý plyn je limitný reaktant a aký objem amoniaku (NH₃) vznikne?

Riešenie

Rovnica: $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$

Pri rovnakej teplote a tlaku sú objemy plynov priamo úmerné látkovým množstvám, preto môžeme s objemami pracovať ako s mólmi.

Na 10 dm³ N₂ by sme potrebovali $3 \cdot 10 = 30$ dm³ H₂. Máme len 20 dm³ → limitný reaktant je H₂.
Objem NH₃ (pomer $3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$ ):

V(\text{NH}_3) = 20 \cdot \frac{2}{3} \approx 13{,}3\ \text{dm}^3

Limitný reaktant je vodík a vznikne približne 13,3 dm³ NH₃.

Príklad 3

Reaguje 5,4 g hliníka (Al) a 6,0 g chlóru (Cl₂). Urči limitný reaktant a koľko gramov chloridu hlinitého (AlCl₃) vznikne.

Riešenie

Rovnica: $2\,\text{Al} + 3\,\text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{AlCl}_3$

Látkové množstvá ( $M(\text{Al}) = 27\ \text{g/mol}$ , $M(\text{Cl}_2) = 71\ \text{g/mol}$ ):

n(\text{Al}) = \frac{5{,}4}{27} = 0{,}20\ \text{mol} \qquad n(\text{Cl}_2) = \frac{6{,}0}{71} \approx 0{,}0845\ \text{mol}

Na 0,20 mol Al by sme potrebovali $0{,}20 \cdot \frac{3}{2} = 0{,}30$ mol Cl₂. Máme len 0,0845 mol → chlór je limitný reaktant.
AlCl₃ z limitného reaktantu (pomer $3\,\text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{AlCl}_3$ ):

n(\text{AlCl}_3) = 0{,}0845 \cdot \frac{2}{3} \approx 0{,}056\ \text{mol}

M(\text{AlCl}_3) = 27 + 3 \cdot 35{,}5 = 133{,}5\ \text{g/mol} \qquad m = 0{,}056 \cdot 133{,}5 \approx 7{,}5\ \text{g}

Limitný reaktant je chlór a vznikne 7,5 g AlCl₃.

Príklad 4

Do reakcie vstupuje 0,50 mol železa (Fe) a 0,40 mol kyslíka (O₂). Ktorá látka je limitný reaktant a koľko mólov oxidu železitého (Fe₂O₃) vznikne?

Riešenie

Rovnica: $4\,\text{Fe} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{Fe}_2\text{O}_3$

Na 0,50 mol Fe potrebujeme $0{,}50 \cdot \frac{3}{4} = 0{,}375$ mol O₂. Máme 0,40 mol O₂ – kyslíka je trochu viac, než treba → Fe je limitný reaktant.

Kontrola: na všetkých 0,40 mol O₂ by sa spotrebovalo $0{,}40 \cdot \frac{4}{3} \approx 0{,}533$ mol Fe, máme však len 0,50 mol – železo naozaj nestačí.
Fe₂O₃ z limitného reaktantu (pomer $4\,\text{Fe} \rightarrow 2\,\text{Fe}_2\text{O}_3$ ):

n(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 0{,}50 \cdot \frac{2}{4} = 0{,}25\ \text{mol}

Limitný reaktant je železo a vznikne 0,25 mol Fe₂O₃.

Čo je limitný reaktant?

Ako zistiť, ktorý reaktant je limitný

Ukážka: výroba amoniaku

Ktorá látka ostáva v nadbytku?

Prečo to musíme vedieť?

Precvičenie

Príklad 1

Príklad 2

Príklad 3

Príklad 4

Otestuj sa

Kvíz: Limitný reaktant

Chcete tento pokus naživo?