제한 시약이 완전히 소비 한 제품이며, 많은 질량이 화학 반응으로 형성되는 방법을 결정한다; 과잉 시약은 제한 시약을 소비 한 후 완전히 반응하지 않는 시약입니다.
많은 반응에서 관심있는 모든 시약이 반응하도록 과량의 시약을 찾습니다. 예를 들어, A가 B와 반응하여 C를 생성하고 A가 완전히 반응하는 것이 바람직하다면 B를 과잉 첨가하지만 A의 과잉이 적절한 지 여부를 결정하는 것은 합성 및 과학적, 경제적 기준입니다. 또는 B.
화학자 화학 실험실 연구 액체
제한 시약은 화학 반응에서 형성 될 수있는 생성물의 양을 결정합니다. 따라서 A가 얼마나 반응했는지 알면 C가 얼마나 많이 생성되었는지 즉시 알 수 있으며, 과잉 시약은 생성 된 생성물의 양을 알 수 없습니다.
반응에서 A와 B가 모두 소비되면 어떻게됩니까? 그런 다음 A와 B의 등몰 혼합물에 대해 이야기합니다. 그러나 실제로 모든 반응물의 몰 또는 등가물이 동일한 지 확인하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 이 경우 A 또는 B 중 하나를 사용하여 C의 양을 계산할 수 있습니다.
제한 및 초과 반응물은 어떻게 계산됩니까?
반응에 관여 할 수있는 제한 시약의 양을 확인하고 계산하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 계산되면 다른 시약이 초과됩니다.
화학량 론적 비율과 시약의 비율을 비교하여 제한 시약을 식별 할 수있는 방법은 다음과 같습니다.
방법 1
화학 반응은 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.
aX + bY => cZ
여기서 X, Y 및 Z는 각 반응물 및 생성물의 몰 수를 나타냅니다. 한편, a, b 및 c는 반응의 화학적 균형으로 인한 화학 양론 계수를 나타냅니다.
몫 (X / a)과 몫 (Y / b)이 얻어지면 더 낮은 몫을 가진 반응물이 제한 반응물입니다.
표시된 몫이 계산되면 반응에 존재하는 몰 수 (X, Y 및 Z)와 반응에 포함 된 몰 수 사이의 관계가 성립되며, 반응물의 화학 양론 계수 (a 및 b)로 표시됩니다.
따라서 시약에 대해 표시된 지수가 낮을수록 반응을 완료하기위한 해당 시약의 부족이 커집니다. 따라서 제한 시약입니다.
예
SiO 2 (s) + 3 C (s) => SiC (s) + 2 CO 2 (g)
3g의 SiO 2 (산화 규소)의 반응 C (탄소) 4.5 g과.
SiO 2의 두더지
질량 = 3g
분자량 = 60g / mol
SiO 2 의 몰수 = 3g / (60g / mol)
0.05 몰
C의 몰수
질량 = 4.5g
원자량 = 12g / mol
C의 몰수 = 4.5g / (12g / mol)
0.375 몰
반응물의 몰수와 화학 양론 계수 사이의 몫 :
SiO 2 = 0.05 mol / 1 mol의 경우
몫 = 0.05
C = 0.375 moles / 3 moles의 경우
몫 = 0.125
몫의 값을 비교하면 제한 반응물이 SiO 2 라는 결론을 내릴 수 있습니다 .
방법 2
이전 반응에서, SiC로 제조 된 질량의 SiO 3g 때 계산 2가 사용되며, C의 4.5 g가 사용되는 경우
(3 g SiO 2 ) x (1 mole SiO 2 / 60 g SiO 2 ) x (1 mol SiC / 1 mol SiO 2 ) x (40 g SiC / SiC 1 mol) = 2g SiC
(4.5g C) x (3 mol C / 36g C) x (1 mol SiC / 3 mol C) x (40g SiC / 1 mol SiC) = 5g SiC
따라서 SiO 2를 모두 소비하여 생성 된 양보다 모든 탄소를 소비하여 반응이 발생하면 더 많은 SiC (silicon carbide)가 생성됩니다 . 결론적으로 SiO 2 는 제한 시약입니다. 과잉 C가 모두 소모되면 더 많은 SiC가 생성되기 때문입니다.
예
-예 1
0.5 몰의 알루미늄을 0.9 몰의 염소 (Cl 2 ) 와 반응시켜 염화 알루미늄 (AlCl 3 ) 을 형성 합니다. 제한 반응물은 무엇이며 과잉 반응물은 무엇입니까? 제한 시약과 과잉 시약의 질량 계산
2 Al (s) + 3 Cl 2 (g) => 2 AlCl 3 (s)
방법 1
반응물의 몰과 화학 양론 계수 사이의 몫은 다음과 같습니다.
알루미늄의 경우 = 0.5 moles / 2 moles
알루미늄 지수 = 0.25
Cl 2 = 0.9 moles / 3 moles의 경우
Cl 2 몫 = 0.3
그런 다음 제한 시약은 알루미늄입니다.
0.5 몰의 알루미늄과 결합하는 데 필요한 염소의 몰이 결정되면 유사한 결론에 도달합니다.
Cl 2 몰 = (0.5 몰의 A) x (3 몰의 Cl 2 / 2 몰의 A)
0.75 몰의 Cl 2
그런 다음 과량의 Cl 2가 있습니다 : 알루미늄과 반응하는 데 0.75 몰이 필요하고 0.9 몰이 존재합니다. 따라서 0.15 몰의 Cl 2 가 초과 됩니다.
제한 시약은 알루미늄이라는 결론을 내릴 수 있습니다.
반응물의 질량 계산
시약 질량 제한 :
알루미늄의 질량 = 0.5 몰의 Al x 27g / 몰
13.5 그램
Al의 원자 질량은 27g / mol입니다.
과잉 시약의 질량 :
0.15 몰의 Cl 2 남음
과잉 Cl 2의 질량 = 0.15 moles의 Cl 2 x 70 g / mol
10.5g
-예 2
다음 방정식은 수용액에서 질산은과 염화 바륨 간의 반응을 나타냅니다.
2 AgNO 3 (수성) + BaCl 2 (수성) => 2 AgCl (s) + Ba (NO 3 ) 2 (수성)
이 방정식에 따르면 AgNO 3 62.4g을 포함하는 용액을 BaCl 2 53.1g을 포함하는 용액과 혼합하면 : a) 제한 시약은 무엇입니까? b) 반응하지 않은 상태로 남아있는 반응물은 몇 개입니까? c) 몇 그램의 AgCl이 형성 되었습니까?
분자량 :
-AgNO 3 : 169.9g / mol
-BaCl 2 : 208.9g / mol
-AgCl : 143.4g / mol
-ba (NO 3 ) 2 : 261.9 g / 몰
방법 1
제한 시약을 식별 할 수있는 방법 1을 적용하려면 반응에 존재하는 AgNO 3 및 BaCl 2 의 몰을 결정해야합니다 .
AgNO 3의 두더지
분자량 169.9g / mol
질량 = 62.4g
몰 수 = 62.4g / (169.9g / mol)
0.367 몰
BaCl 2 몰
분자량 = 208.9g / mol
질량 = 53.1g
몰 수 = 53.1g / (208.9g / mol)
0.254 몰
반응물의 몰 수와 화학 양 론적 계수 사이의 몫 결정.
AgNO 3 = 0.367 moles / 2 moles의 경우
몫 = 0.184
BaCl 2 = 0.254 moles / 1 mole의 경우
몫 = 0.254
방법 1에 따라 비율 값을 통해 AgNO 3 를 제한 시약으로 식별 할 수 있습니다 .
과잉 시약의 질량 계산
반응의 화학 양 론적 균형은 AgNO 3 2 몰이 BaCl 2 1 몰과 반응 함을 나타냅니다 .
BaCl 2 몰 = (0.367 몰의 AgNO 3 ) x (1 몰 BaCl 2 / 2 몰의 AgNO 3 )
0.1835 몰의 BaCl 2
그리고 반응에 개입하지 않은 BaCl 2 몰 , 즉 과잉은 다음과 같습니다.
0.254 몰-0.1835 몰 = 0.0705 몰
과잉 의 BaCl 2 질량 :
0.0705 몰 x 208.9g / 몰 = 14.72g
요약:
과잉 시약 : BaCl 2
초과 질량 : 14.72g
반응에서 생성 된 AgCl의 그램 계산
제품의 질량을 계산하기 위해 제한 시약을 기준으로 계산합니다.
g AgCl = (62.4 g AgNO 3 ) x (1 mol AgNO 3 / 169.9 g) x (2 mol AgCl / 2 mol AgNO 3 ) x (142.9 g / mol AgCl)
52.48g
참고 문헌
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). 화학. (8 판). CENGAGE 학습.
- Flores J. (2002). 화학. 산틸라나 사설
- Wikipedia. (2018). 제한 시약 : en.wikipedia.org
- Shah S. (2018 년 8 월 21 일). 시약 제한. 화학 LibreTexts. 출처 : chem.libretexts.org
- 화학 양론 제한 시약의 예. 출처 : chemteam.info
- 워싱턴 대학교. (2005). 시약 제한. 출처 : chemistry.wustl.edu