Студент бакалавриата
  1. Общая химия  1.1. Введение в Химию  1.2. Структура атома  1.2.1. Субатомные частицы  1.2.2. Атомная модель  1.2.3. Квантовые числа  1.2.4. Электронная конфигурация  1.2.5. Периодические тенденции  1.2.6. Изотопы и их применения  1.3. Химическая связь  1.3.1. Ионная связь  1.3.2. Ковалентные связи  1.3.3. Металлическая связь  1.3.4. Гибридизация  1.3.5. Молекулярная геометрия и теория ВЕСЗР  1.3.6. Полярность связи и дипольный момент  1.4. Стехиометрия  1.4.1. Понятие моль  1.4.2. Эмпирическая и молекулярная формула  1.4.3. Ограничивающий реагент и избыток реагента  1.4.4. Процентный выход и чистота  1.4.5. Расчет разведения  1.5. Состояния вещества  1.5.1. Газовые законы  1.5.2. Материя и межмолекулярные силы  1.5.3. Твёрдые тела и кристаллические структуры  1.5.4. Диаграмма фаз  1.5.5. Плазма и сверхкритическая жидкость  1.6. Химические реакции  1.6.1. Типы химических реакций  1.6.2. Балансировка химических уравнений  1.6.3. Термохимические реакции  1.6.4. Энергетические профили реакций  1.7. Растворы и смеси  1.7.1. Единицы измерения концентрации  1.7.2. Свойства синдрома  1.7.3. Растворимость и правила растворимости  1.7.4. Закон Генри и Закон Рауля  1.7.5. Partition coefficient  1.8. Химическое равновесие  1.8.1. Закон действия масс  1.8.2. Принцип Ле Шателье  1.8.3. Реакционный коэффициент  1.8.4. Чтобы воспользоваться этим онлайн-калькулятором для расчета константы равновесия, введите константу равновесия (Eq.) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет константы равновесия с заданными входными значениями -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Кислотно-щелочной баланс  1.9. Кислоты и основания  1.9.1. Определения Аррениуса, Брёнстеда–Лоури и Льюиса  1.9.2. pH и pOH  1.9.3. Титрование кислоты и основания  1.9.4. Буферный раствор  1.9.5. Кислотно-основной индикатор  1.9.6. Полипротные кислоты и основания  1.10. Электрохимия  1.10.1. Окислительно-восстановительные реакции  1.10.2. Гальванические и Электролитические Элементы  1.10.3. Уравнение Нернста  1.10.4. Электролиз  1.10.5. Законы электролиза Фарадея  1.11. Термодинамика  1.11.1. Законы термодинамики  1.11.2. Enthalpy, entropy and Gibbs free energy  1.11.3. Спонтанность реакций  1.11.4. Термодинамические циклы (закон Гесса, цикл Карно)  1.12. Кинетика  1.12.1. Закон скорости и порядок реакции  1.12.2. Энергия активации и катализаторы  1.12.3. Collision theory  1.12.4. Механизм реакции  1.12.5. Теория переходного состояния
  2. Органическая химия  2.1. Структура и взаимосвязь  2.1.1. Гибридизация в углеродных соединениях  2.1.2. Резонанс и ароматизация  2.1.3. Molecular orbitals  2.1.4. Индуктивные и мезомерные эффекты  2.2. Углеводороды  2.2.1. Углеводороды  2.2.2. Алкены  2.2.3. Алкины  2.2.4. Ароматические соединения  2.2.5. Циклоалканы и Конформация  2.3. Функциональная группа  2.3.1. Алкоголи и фенолы  2.3.2. Эфиры и эпоксиды  2.3.3. Альдегиды и кетоны  2.3.4. Карбоновые кислоты и их производные  2.3.5. Aмин  2.3.6. Сложные эфиры и амиды  2.3.7. Тиолы и сульфиды  2.4. Стереохимия  2.4.1. Изомерия в стереохимии  2.4.2. Хиральность и оптическая активность  2.4.3. Структурный анализ  2.4.4. Диастереомеры и энантиомеры  2.5.1. Реакции замещения  2.5.2. Реакции элиминирования  2.5.3. Реакции присоединения  2.5.4. Радикальные реакции  2.5.5. Реакции перегруппировки  2.5.6. Перицветные реакции  2.6. Спектроскопия и структурный анализ  2.6.1. Инфракрасная спектроскопия  2.6.2. Ядерный магнитный резонанс  2.6.3. Масс-спектрометрия  2.6.4. УФ-видимая спектроскопия  2.6.5. Рентгеновская кристаллография  2.7. Химия полимеров  2.7.1. Полимеры добавления и конденсации  2.7.2. Механизм полимеризации  2.7.3. Биоразлагаемый полимер  2.7.4. Проводящие и умные полимеры
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Лиганды и координационные соединения  3.1.2. Теория кристаллического поля  3.1.3. Теория молекулярных орбиталей в координационных соединениях  3.1.4. Искажение Яна–Тейлора  3.2. Main Group Chemistry  3.2.1. Щелочные и щелочноземельные металлы  3.2.2. Галогены и благородные газы  3.2.3. Переходные металлы и их комплексы  3.2.4. Лантаниды и актиниды  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Кристаллические решетки и элементарные ячейки  3.3.2. Дефекты в твердых телах  3.3.3. Электрические и магнитные свойства  3.3.4. Сверхпроводимость  3.4. Биоорганическая химия  3.4.1. Ионы металлов в биологии  3.4.2. Энзиматические реакции с металлами  3.4.3. Отравление металлами и детоксикация  3.4.4. Металлопротеины и Металлоэнзимы
  4. Физическая химия  4.1. Квантовая химия  4.1.1. Дуализм волны и частицы  4.1.2. Уравнение Шрёдингера  4.1.3. Квантовые числа и орбитали  4.1.4. Атомная и молекулярная спектроскопия  4.2. Statistical mechanics  4.2.1. Распределение Максвелла-Больцмана  4.2.2. Функции разложения  4.2.3. Статистика Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака  4.3. Химическая термодинамика  4.3.1. Энергия Гиббса  4.3.2. Фазовый переход  4.3.3. Термодинамическая эффективность  4.4. Поверхностная химия  4.4.1. Абсорбция и катализ  4.4.2. Коллоиды и эмульсии
  5. Аналитическая химия  5.1. Classical methods  5.1.1. Гравиметрический анализ  5.1.2. титриметр  5.2. Инструментальные методы  5.2.1. Хроматография  5.2.2. Спектроскопия  5.2.3. Электроанализаторные методы  5.2.4. Рентгеновская дифракция
  6. Промышленная химия  6.1. Нефтехимия  6.2. Принципы химической инженерии  6.3. Зеленая химия  6.4. Фармацевтика и синтез лекарств
  7. Биохимия  7.1. Углеводы  7.2. Белки и ферменты  7.3. Липиды и мембраны  7.4. Нуклеиновые кислоты  7.5. Метаболизм и биоэнергетика  7.6. Кинетика и механизм ферментов

Студент бакалавриата → Общая химия → Стехиометрия ↓


Ограничивающий реагент и избыток реагента


В мире химии концепция ограничивающих и избытков реагентов является основополагающей для понимания реакций и их результатов. Эта тема важна для прогнозирования того, сколько продукта будет образовано в химической реакции. Давайте глубже вникнем в эту концепцию, исследуя подробные объяснения, примеры и упражнения.

Понимание основ

Когда вещества реагируют химически, они делают это в соответствии с определенными стехиометрическими соотношениями, определяемыми уравнением химической реакции. Эти соотношения определяют, сколько каждого вещества необходимо для полной реакции с другими.

Однако на практике реагенты не всегда присутствуют в точных стехиометрических количествах. Один из реагентов часто используется первым, и этот реагент известен как ограничивающий реагент. Ограничивающий реагент определяет максимальное количество продукта, которое может быть образовано в реакции.

Определение ограничивающих и избытков реагентов

Ограничивающий реагент

Ограничивающий реагент — это вещество, которое полностью израсходуется в химической реакции. Реакция не может продолжаться после того, как ограничивающий реагент израсходован, и, следовательно, оно ограничивает количество продукта, которое может быть образовано.

Избыток реагента

Избыток реагента — это вещество, которое остается после завершения реакции. Количество этого реагента больше, чем необходимо для полной реакции с ограничивающим реагентом.

Иллюстративная аналогия: приготовление бутерброда

Чтобы сделать эту концепцию более ясной, рассмотрим простой пример приготовления бутерброда. Допустим, вы готовите бутерброд со следующими ингредиентами:

  • Хлебные ломтики
  • Сырные ломтики
  • Ломтики ветчины

Предположим, для приготовления полного бутерброда вам нужно:

  • 2 ломтика хлеба
  • 1 ломтик сыра
  • 1 ломтик ветчины

Вот что должно быть в вашей кладовой:

  • Ломтики хлеба: 10
  • Куски сыра: 4
  • Ломтики ветчины: 6

В этом сценарии сырные ломтики являются ограничивающим фактором, так как вы можете сделать только 4 полных бутерброда, что ограничено отсутствием сыра. Хлеб и ветчина - в избытке.

Пример реакции

Рассмотрим химическую реакцию между азотом (N 2) и водородом (H 2) для получения аммиака (NH 3):

    N 2 + 3H 2 → 2NH 3

Если вы начинаете с 1 моля азота и 4 молей водорода, определите ограничивающий реагент и количество образованного аммиака.

Шаг 1: Рассчитайте необходимое количество молей

  • Из уравнения следует, что 1 моль N 2 требует 3 молей H 2.
  • У вас есть 4 моля H 2.

Шаг 2: Определите ограничивающий реагент

  • Для реакции с 1 молем N 2 требуется 3 моля H 2, оставляя 1 моль H 2 не прореагировавшим.
  • N 2 является ограничивающим реагентом.

Шаг 3: Рассчитайте количество образованного продукта

  • По уравнению: 1 моль N 2 дает 2 моль NH 3.
  • Количество образованного аммиака - 2 моль.

Как определить ограничивающий реагент

Метод определения ограничивающего реагента включает сравнение молярного соотношения реагентов, используемых в смеси, с молярным соотношением в уравнении. Вот пошаговое руководство:

  1. Напишите уравнение реакции.
  2. Преобразуйте количество реагентов в молекулы.
  3. Используйте уравнение для определения стехиометрического соотношения реагентов.
  4. Рассчитайте теоретическое количество каждого реагента, необходимое для полной реакции.
  5. Определите реагент, который будет израсходован первым — это ваш ограничивающий реагент.

Пример

Рассмотрим пример получения хлорида алюминия (AlCl 3) из реакции алюминия (Al) и хлора (Cl 2), уравнение:

    2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3

У вас есть 5 молей алюминия и 6 молей хлора. Чтобы найти ограничивающий реагент, выполните следующие действия:

Пошаговый расчет

Шаг 1: Сравнение

  • По уравнению, 2 моля Al реагируют с 3 молями Cl 2.

Шаг 2: Определите необходимое количество реагента

  • Для полной реакции 5 молей Al нужно: 
                (5 молей Al) * (3 моля Cl₂ / 2 молей Al) = 7.5 молей Cl₂
  • Поскольку у вас только 6 молей Cl 2, Cl 2 является ограничивающим реагентом.

Шаг 3: Рассчитать производство продукта

  • Из 6 молей Cl 2 образуется: 
                (6 молей Cl₂) * (2 моля AlCl₃ / 3 моля Cl₂) = 4 моля AlCl₃

Значение в промышленной химии

В промышленной химии и производстве определение ограничивающего реагента необходимо для экономичного и эффективного производства. Использование правильного соотношения реагентов может сэкономить затраты и уменьшить отходы.

  • Это гарантирует, что дорогие реагенты не будут потеряны.
  • Помогает масштабировать реакцию от лабораторного до промышленного уровня.
  • Помогает защитить окружающую среду, минимизируя химические отходы.

Практические задачи

Попробуйте решить следующие задачи, чтобы закрепить свои знания:

  1. Для сжигания пропана (C 3 H 8) уравнение: 
            C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
    У вас есть 5 молей C 3 H 8 и 18 молей O 2. Определите ограничивающий реагент.
  2. В реакция синтеза воды, H 2 + O 2 → H 2 O, начиная с 3 молей H 2 и 5 молей O 2, каков ограничивающий реагент и сколько молей воды образуется?

Заключение

Понимание ограничивающих и избытков реагентов в стехиометрии важно для прогнозирования образования продукта и оптимизации химических реакций. Освоив эту концепцию, вы сможете решать сложные химические задачи с уверенностью.


Студент бакалавриата → 1.4.3


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (1.4.2)
Эмпирическая и молекулярная формула
Следующий (1.4.4) →
Процентный выход и чистота

Комментарии 



Ограничивающий реагент и избыток реагента

https://www.chemistryelite.com/ug/1.4.3?ceal=ru