Výpočty

Menu

Limitný reaktant

Vystúpenie

Chemické vystúpenie pre Základné a Stredné školy
Viac info

Teória

Ako prvé odporúčam prejsť tému výpočty z chemickej rovnice.

 

Čo je limitný reaktant? 

 

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 sú v ideálnom mólovom pomere podľa rovnice,

  • jedna z nich býva v nadbytku,

  • druhá sa minie skôr → tá obmedzí reakciu.

Ako zistiť ktorý je limitujúci reaktant 

 

Krok 1: Vyčísli chemickú rovnicu

Bez vyčíslenej rovnice to nemá zmysel.

 

Krok 2: Prepočítaj všetky dané hmotnosti/objemy na látkové množstvo

Vždy si vypočítaj látkové množstvo a potom máš vyhrané

 

Použi vzťah:

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

 

Krok 3: Porovnaj skutočný mólový pomer so stechiometrickým

 

Použi koeficienty v rovnici.

Izoluj jednu látku a vypočítaj, koľko molov druhej by bolo potrebných.

 

Krok 4: Látka, ktorá nestačí pokryť potrebu → je limitujúcim reaktantom

 

Z nej potom počítame množstvo produktu.

 

 

Reakcia:

 

N2+3H2→2NH3N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3

 

Na 1 mol dusíka treba 3 móly vodíka.

 
Budú regovať 2 móly dusíka a 4 móly vodíka:

 

  • Máme 2 mol N₂

  • Máme 4 mol H₂

Koľko H₂ je potrebné pre 2 mol N₂?

 

2⋅3=6 mol H22 \cdot 3 = 6\ \text{mol H}_2

 

Ale máme len 4 mol → H₂ je limitujúci reaktant.

 

Ako počítať množstvo produktu z limitného reaktantu. 

 

Keď už sme určili, ktorá látka je v nedostatku, použijeme jej látkové množstvo a mólový pomer.

Príklad:

 

3H2→2NH33H_2 \rightarrow 2NH_3

Ak je H2H_2 limitujúci reaktant a máme 4 mol:

 

n(NH3)=4⋅23=83≈2,67 moln(NH_3) = 4 \cdot \frac{2}{3} = \frac{8}{3} \approx 2{,}67\ \text{mol}

 

 

Ako zistiť, ktorá látka ostáva v nadbytku?

 

  1. Zistíme, koľko molov by sa spotrebovalo z látky v nadbytku.

  2. Odpočítame od skutočného množstva.

Príklad (pokračovanie):
Potrebujeme 6 mol H₂, ale máme 4 mol → nič neostáva.

Ak by sme mali napr. 10 mol H₂:

 

n(nadbytok H2)=10−6=4 moln(\text{nadbytok H}_2) = 10 – 6 = 4\ \text{mol}

 

Prečo to musíme vedieť? 

 

  • určuje teoretický výťažok produktu,

  • dovoľuje predpovedať spotrebu surovín,

  • je kľúčový pri výrobnom plánovaní aj v priemysle,

  • vysvetľuje, prečo niektoré reakcie neprebehnú úplne.

Najčastejšie chyby žiakov

  • Porovnávanie hmotností, nie mólov (REAKCIE PREBIEHAJÚ V MÔLOCH!)

  • Zabudnutý prevod ml → dm³

  • Zle prečítaný mólový pomer z rovnice.

  • Nepoužitie limitného reaktantu pri výpočte produktu.

 

Precvičenie

Príklad

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

Rovnica:

2H2+O2→2H2O2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O

1. Výpočet látkového množstva

Molárne hmotnosti:
M(H2)=2 g.mol−1M(H_2) = 2\ \text{g·mol}^{-1}
M(O2)=32 g.mol−1M(O_2) = 32\ \text{g·mol}^{-1}

n(H2)=5,02=2,5 moln(H_2) = \frac{5,0}{2} = 2,5\ \text{mol}
n(O2)=32,032=1,0 moln(O_2) = \frac{32,0}{32} = 1,0\ \text{mol}

2. Porovnanie so stechiometrickým pomerom

Z rovnice:

2H2:1O22H_2 : 1O_2

Na 1,0 mol O₂ potrebujeme:

n(H2)potrebneˊ=2⋅1,0=2,0 moln(H_2)_\text{potrebné} = 2 \cdot 1,0 = 2,0\ \text{mol}

Máme 2,5 mol H₂ → vodíka je viac, než treba,
kyslík máme presne 1,0 mol → kyslík je limitný reaktant.

3.Výpočet množstva vody z limitného reaktantu

Z rovnice:

1O2→2H2O1O_2 \rightarrow 2H_2O
n(H2O)=2⋅n(O2)=2⋅1,0=2,0 moln(H_2O) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 1,0 = 2,0\ \text{mol}

Molárna hmotnosť vody:

M(H2O)=18 g\mol−1M(H_2O) = 18\ \text{g·mol}^{-1}
m(H2O)=n⋅M=2,0⋅18=36 gm(H_2O) = n \cdot M = 2,0 \cdot 18 = 36\ \text{g}


Limitný reaktant je kyslík (O₂) a vznikne 36 g vody.

Príklad

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?

Pri rovnakej teplote a tlaku sú objemy plynov priamo úmerné molom → môžeme pracovať priamo s objemami ako s molmi.

1. Stechiometrický pomer

Z rovnice:

1N2:3H21N_2 : 3H_2

Ak máme 10 dm³ N₂, potrebovali by sme:

V(H2)potrebnyˊ=3⋅10=30 dm3V(H_2)_\text{potrebný} = 3 \cdot 10 = 30\ \text{dm}^3

Ale máme len 20 dm³ H₂ → vodík je v nedostatku
⇒ limitný reaktant = H₂

2. Výpočet objemu NH₃ z limitného reaktantu

Z rovnice:

3H2→2NH33H_2 \rightarrow 2NH_3 V(NH3)V(H2)=23⇒V(NH3)=20⋅23≈13,3 dm3\frac{V(NH_3)}{V(H_2)} = \frac{2}{3} \Rightarrow V(NH_3) = 20 \cdot \frac{2}{3} \approx 13{,}3\ \text{dm}^3


Limitný reaktant je vodík (H₂) a vznikne približne 13,3 dm³ NH₃.

Príklad

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

Rovnica:

2Al+3Cl2→2AlCl32Al + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3

1. Látkové množstvá

Molárne hmotnosti:
M(Al)=27 g.mol−1M(Al) = 27\ \text{g·mol}^{-1}
M(Cl2)=71 g.mol−1M(Cl_2) = 71\ \text{g·mol}^{-1}

n(Al)=5,427=0,20 moln(Al) = \frac{5,4}{27} = 0,20\ \text{mol}
n(Cl2)=6,071≈0,0845 moln(Cl_2) = \frac{6,0}{71} \approx 0,0845\ \text{mol}

2. Porovnanie so stechiometrickým pomerom

Z rovnice:

2Al:3Cl22Al : 3Cl_2

Na 0,20 mol Al by sme potrebovali:

n(Cl2)potrebneˊ=0,20⋅32=0,30 moln(Cl_2)_\text{potrebné} = 0{,}20 \cdot \frac{3}{2} = 0{,}30\ \text{mol}

Máme len ≈0,0845 mol Cl₂ → chlór je limitný reaktant.

3. Množstvo AlCl₃ z limitného reaktantu

Z rovnice:

3Cl2→2AlCl33Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3 n(AlCl3)=n(Cl2)⋅23≈0,0845⋅23≈0,056 moln(AlCl_3) = n(Cl_2) \cdot \frac{2}{3} \approx 0{,}0845 \cdot \frac{2}{3} \approx 0{,}056\ \text{mol}

Molárna hmotnosť:

M(AlCl3)=27+3⋅35,5=27+106,5=133,5 g.mol−1M(AlCl_3) = 27 + 3 \cdot 35{,}5 = 27 + 106{,}5 = 133{,}5\ \text{g·mol}^{-1}
m(AlCl3)=0,056⋅133,5≈7,5 gm(AlCl_3) = 0{,}056 \cdot 133{,}5 \approx 7{,}5\ \text{g}


Limitný reaktant je chlór (Cl₂) a vznikne 7,5 g AlCl₃.

Príklad

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

Rovnica:

4Fe+3O2→2Fe2O34Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3

1. Stechiometrický pomer

Z rovnice:

4Fe:3O24Fe : 3O_2

Na 0,50 mol Fe potrebujeme:

n(O2)potrebneˊ=0,50⋅34=0,375 moln(O_2)_\text{potrebné} = 0{,}50 \cdot \frac{3}{4} = 0{,}375\ \text{mol}

Máme 0,40 mol O₂ → kyslíka je trošku viac, než treba →
Fe je limitný reaktant.

(Druhé overenie:
ak by sme použili všetkých 0,40 mol O₂, spotrebovalo by sa:


n(Fe)potrebneˊ=0,40⋅43≈0,533 moln(Fe)_\text{potrebné} = 0{,}40 \cdot \frac{4}{3} \approx 0{,}533\ \text{mol}


ale máme len 0,50 mol → znovu vidno, že Fe nestačí.)

2. Množstvo Fe₂O₃ z limitného reaktantu

Z rovnice:

4Fe→2Fe2O34Fe \rightarrow 2Fe_2O_3 n(Fe2O3)=0,50⋅24=0,25 moln(Fe_2O_3) = 0{,}50 \cdot \frac{2}{4} = 0{,}25\ \text{mol}
Limitný reaktant je železo (Fe) a vznikne 0,25 mol Fe₂O₃.