9.3 – Begrænsende reaktanter

Når du laver peanut butter sandwiches, skal du bruge to stykker toastbrød og en spiseskefuld peanut butter til hver sandwich. Som en ligning, kunne vi skrive:

$\textup{2 skiver toastbr\o d}+\textup{2 spiseskefuld peanut butter}\rightarrow \textup{1 peanut butter sandwich}$

Hvis du har 8 skiver toastbrød og et fuldt glas peanut butter, vil du løbe tør for brød, når du har lavet 4 peanut butter sandwiches. Du kan ikke lave flere sandwiches når først alt brødet er brugt, selvom der er masser af peanut butter i overskud. Antal skiver af toastbrødet, har begrænset antallet af sandwiches du kan lave.

På en anden dag, har du måske 8 skiver toastbrød, men kun en spiseskefuld peanut butter tilbage i glasset med peanut butter. Du vil altså løbe tør for peanut butter efter du har lavet blot en peanut butter sandwich, og samtidig have 6 skiver toastbrød i overskud. Den lille mængde af peanut butter du havde tilbage, begrænsede antallet af sandwiches du kan lave.

Den reaktant der forbruges fuldstændigt, er den begrænsende reaktant. Reaktanten der ikke forbruges fuldstændig, kaldes for overskudsreaktant.

Konceptforståelse 9.3

Begrænsende reaktanter

Til en skovtur som du er ved at planlægge, har du 10 skeer, 8 gafler, og 6 knive. Hver person behøver 1 ske, 1 gaffel, og en kniv. Hvor mange personer kan du invitere på skovtur?

Svar

Forholdet mellem bestikket der skal bruges af hver person, kan skrives som:

$\textup{1 person}=\textup{1 ske, 1 gaffel, og 1 kniv}$

Det maksimale antal personer for hver bestiktype, kan blive fundet sådan her:

$\textup{10 skeer}=\frac{\textup{1 person}}{\textup{1 ske}}=\textup{10 personer}$

$\textup{8 gafler}=\frac{\textup{1 person}}{\textup{1 gaffel}}=\textup{8 personer}$

$\textup{6 knive}=\frac{\textup{1 person}}{\textup{1 kniv}}=\textup{6 personer}\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; {\color{Magenta} \textup{Mindste antal personer}}$

Den begrænsende bestiktype er seks knive, hvilket betyder at du kan inviterer seks personer på skovtur.

Beregning af mol produkt, ud fra en begrænsende reaktant

På en lignende måde, er det ikke altid at reaktanterne i en kemisk reaktion, er tilstede i mængder, som gør at hver af dem forbruges fuldstændig på samme tidspunkt. I mange reaktioner, er der en begrænsende reaktant, som bestemmer mængden af produktet der kan blive dannet. Når vi kender mængderne af reaktanterne i en kemisk reaktion, kan vi beregne mængden af produkt der er muligt fra hver reaktant, hvis alle reaktanter blev fuldstændig forbrugt. Det vi kigger efter, er den begrænsende reaktant, der er den reaktant som forbruges først, og dermed danner en mindre mængde af produktet.

Opgaveeksempel 9.5

Mol af produkt, ud fra begrænsende reaktant

Den kemiske reaktion mellem kulmonoxid og hydrogen, bruges til fremstilling af metanol (CH₃OH):

${CO}_{(g)} + 2 H_{2 (g)} \to {CH}_{3} {OH}_{(g)}$

Hvis der er 3,00 mol CO og 5,00 mol H₂ af reaktanterne til at starte med, hvor mange mol metanol kan der fremstilles, og hvilken reaktant er den begrænsende reaktant?

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder.

Trin 2:
Opstil en plan for konvertering mellem antal mol af hver reaktant, til mol af produkt.

	mol CO		mol CH₃OH
	mol H₂		mol CH₃OH

Trin 3:
Opstil mol-til-mol faktorerne fra ligningen.

Trin 4:
Beregn antallet af mol produkt fra hver af reaktanterne, og vælg det mindste antal mol af produktet, ud fra den begrænsende reaktant.

Mol CH₃OH fra CO:

$\textup{3,00 mol CO}\cdot \frac{\textup{1 mol CH}_{3}\textup{OH}}{\textup{mol CO}}=\textup{3,00 mol CH}_{3}\textup{OH}$

Mol CH₃OH fra H₂:

$\textup{5,00 mol H}_{2}\cdot\frac{\textup{1 mol CH}_{3}\textup{OH}}{\textup{2 mol H}_{2}}=\textup{2,50 mol CH}_{3}\textup{OH}\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \textup{{\color{Magenta} mindste m\ae ngde af produkt}}$

Den mindste mængde, 2,50 mol CH₃OH, er den maksimale mængde metanol der kan dannes, ud fra den begrænsende reaktant, H₂, når den er fuldstændig forbrugt.

Beregning af massen på produkt, ud fra en begrænsende reaktant

Opgaveeksempel 9.6

Masse af produkt, ud fra en begrænsende reaktant

Når siliciumdioxid (sand) og carbon opvarmes, er produkterne siliciumcarbid, SiC, og carbonmonooxid. Siliciumcarbid er et keramisk materiale, der tåler ekstreme temperaturer, og anvendes som slibemiddel og bremseskiver i sportsvogne. Hvor mange gram CO dannes, når 70,0 g SiO₂ og 50,0 g C reagerer?

${SiO}_{2} + 3 C_{(s)} \overset{varme}{\to} {SiC}_{(s)} + 2 CO$

Løsning

Trin 1:
Angiv de oplyste mængder og de ønskede mængder.

Trin 2:
Opstil en plan til konvertering af gram af hver reaktant til gram af produkt.

	gram SiO₂		mol SiO₂		mol CO		gram CO
	gram C		mol C		mol CO		gram CO

Trin 3:
Opstil de molære masse-faktorer og mol-til-mol faktorerne fra reaktionsligningen.

Trin 4:
Beregn antal fram produkt ud fra hver reaktant, og vælg det mindste antal gram som mængden af produkt, ud fra den begrænsende reaktant.

$\textup{70,0 g SiO}_{2}\cdot \frac{\textup{1 mol SiO}_{2}}{\textup{60,09 g SiO}_{2}}\cdot \frac{\textup{2 mol CO}}{\textup{1 mol SiO}_{2}}\cdot \frac{\textup{28,01 g CO}}{\textup{1 mol CO}}=\textup{65,3 g CO}\; \; \; \; \; \; \; \; \; \; {\color{Magenta} \textup{\textup{mindste m\ae ngde af produkt}}}$

$\textup{50,0 g C}\cdot \frac{\textup{1 mol C}}{\textup{12,01 g C}}\cdot\frac{\textup{2 mol CO}}{\textup{3 mol C}}\cdot \frac{\textup{28,01 g CO}}{\textup{1 mol C}}=\textup{77,7 g CO}$

Den mindste mængde, 65,3 g CO, er den største mængde CO der kan blive dannet med de oplyste mængder.

9.4 – Procentudbytte →