Stechiometria: substrat limitujący i wydajność reakcji

Substrat limitujący

Współczynniki uzgodnionego równania to stosunki moli, a nie gramów: N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ mówi, że jeden mol azotu reaguje z trzema molami wodoru i daje dwa mole amoniaku. Z gramów na mole przechodzi się, dzieląc przez masę molową, i właśnie tam powstaje większość błędów.

Substrat limitujący to ten, który kończy się pierwszy. Znajduje się go, dzieląc dostępne mole każdego substratu przez jego współczynnik: wygrywa najmniejszy iloraz. Dla 28 g N₂ (około 1 mol) i 10 g H₂ (4,96 mol) ilorazy wynoszą 1 i 1,65: limituje azot, powstaje około 34,04 g amoniaku, a zostaje prawie 3,96 g wodoru.

Wydajność teoretyczna to ilość produktu, jaką dałby cały substrat limitujący. W laboratorium otrzymuje się mniej, z powodu niepełnych reakcji lub strat: jeśli z tej mieszaniny zebrano 25 g NH₃, wydajność procentowa wynosi 25 / 34,04 ≈ 73,4%.

Częste błędy

Porównywanie gramów substratów zamiast moli podzielonych przez współczynnik: substrat obecny w mniejszej liczbie gramów nie musi być limitujący.
Liczenie z nieuzgodnionym równaniem: stosunki moli wynikają ze współczynników, więc bez uzgodnienia wynik jest błędny.
Zapominanie, że pierwiastki dwuatomowe zapisuje się H₂, O₂, N₂, Cl₂: masa molowa O₂ to około 32 g/mol, a nie 16.

Najczęstsze pytania

Dlaczego dzieli się przez współczynnik?

Bo współczynnik mówi, ile moli danego substratu zużywa jeden „przebieg” reakcji. Iloraz mole/współczynnik liczy, na ile przebiegów wystarczy każdy substrat, a reakcja kończy się na najmniejszym.

Czy trzeba najpierw uzgodnić równanie?

Nie: kalkulator uzgadnia je sam. Wpisane współczynniki są pomijane i obliczane od nowa.

Co się stanie, jeśli zostawię substrat pusty?

Zostanie potraktowany jako nadmiar, czyli tak obfity, że nigdy nie limituje: typowy przypadek tlenu przy spalaniu w powietrzu.

Jak działa to obliczenie

Liczba moli n = m / M, gdzie M to masa molowa ze wzoru. Dla każdego substratu o znanej ilości oblicza się nᵢ / νᵢ, gdzie ν to współczynnik stechiometryczny: minimum ξ to postęp reakcji, a jego substrat jest limitujący. Zużycie substratu i: νᵢ·ξ moli; pozostałość: nᵢ − νᵢ·ξ. Produkt j: νⱼ·ξ moli, czyli νⱼ·ξ·Mⱼ gramów wydajności teoretycznej. Wydajność procentowa = wydajność rzeczywista / teoretyczna × 100.

Uzgadnianie równań reakcji

Uzgodnij dowolne równanie reakcji, także jonowe i redoks, z najmniejszymi współczynnikami i sprawdzeniem atomów.

Masa molowa

Masa molowa ze wzoru chemicznego ze składem procentowym.

Obliczanie moli

Przeliczanie między gramami, molami, cząstkami i objętością gazu.

Stężenia i rozcieńczenia

Stężenie molowe, molalne, procentowe, ppm i rozcieńczanie C₁V₁ = C₂V₂.