A limitáló reagens megkeresésével azt számolod ki, meddig mehet el a megadott reakció a rendelkezésre álló anyagokból. A döntéshez minden kiinduló anyagot a rendezett egyenlet saját együtthatójához kell viszonyítani. A maradék és az elméleti termék ezután ugyanabból az arányból következik.
Egy elméleti reakció anyagmérlege
Használjuk a 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O rendezett egyenletet kizárólag számolási példaként. Legyen kezdetben 5 mol H₂ és 2 mol O₂. Az együtthatóval osztott mennyiségek: 5/2 = 2,5 és 2/1 = 2. A kisebb érték az oxigénhez tartozik, ezért ebben a modellben az oxigén a limitáló reagens.
A 2 mol oxigénhez 4 mol hidrogén szükséges. A kiinduló 5 molból így 1 mol hidrogén maradna. Az egyenlet szerint 4 mol víz keletkezhet elméletileg. Ez az anyagmérleg teljes átalakulást és a megadott reakciót feltételezi; nem laboratóriumi végrehajtási útmutató.
Miért kell rendezett egyenlet?
Az együtthatók a reagáló részecskék, illetve anyagmennyiségek arányait adják. Ha az egyenlet rendezetlen, a számolt fogyás és termékmennyiség sem lesz helyes. Tömegadatból előbb n = m/M alapján molra kell váltani, a megfelelő moláris tömeggel.
Mindkét reagensből külön is kiszámíthatod a lehetséges termékmennyiséget. A hidrogénből a fenti arány szerint 5 mol, az oxigénből 4 mol víz adódna. A közösen megvalósítható felső érték a kisebb, vagyis 4 mol.
Hogyan ellenőrizd az eredményt?
A maradék mennyiség nem lehet negatív, és teljes átalakulást feltételező számításnál legalább az egyik kiinduló reagens maradéka nulla. Pontos sztöchiometriai aránynál mindkettő elfogyhat. A kiszámolt fogyásnak meg kell felelnie az egyenlet arányainak. Egyensúly, mellékreakció, szennyezettség vagy veszteség miatt a tényleges termék eltérhet az elméletitől. A kalkulátorban ezért külön kezeld a sztöchiometriai maximumot és a ténylegesen mért kitermelést.
Mi történik a kiinduló arány megfordításakor?
Ugyanahhoz a 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O elméleti egyenlethez most 3 mol H₂ és 2 mol O₂ legyen adott. Az összehasonlítandó értékek 3/2 = 1,5 és 2/1 = 2. Ezúttal a hidrogén a limitáló reagens. A 3 mol hidrogén 1,5 mol oxigént használna fel, ezért 0,5 mol oxigén maradna, és legfeljebb 3 mol víz keletkezhetne. Az oxigén kisebb kiinduló anyagmennyisége ebben a példában is elegendő a hidrogén teljes átalakulásához.
Ha a hidrogén 3 mol marad, az oxigén mennyiségének 2-ről 3 molra növelése változatlanul 3 mol elméleti vizet ad. A felesleg ilyenkor 1,5 mol oxigénre nő. A kalkulátor eredménye után ezért azt is nézd meg, melyik bemenet emelése változtatná meg a sztöchiometriai maximumot. Ez anyagmérlegből levont következtetés; egy tényleges reakció kivitelezéséhez további kémiai és eljárási feltételek tartoznak.
Kapcsolódó DG Kalkulátor megnyitása
Forrás és módszertani háttér
A számpéldák saját szemléltető számítások.
Háromkérdéses tudáspróba
Válassz kérdésenként egy választ, és jegyezd fel az A, B vagy C betűt. Előbb oldd meg mindhárom feladatot, utána nézd meg a megoldásokat.
1. A 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O egyenletnél 5 mol H₂ és 2 mol O₂ közül melyik a limitáló reagens?
- A) Oxigén
- B) Víz
- C) Hidrogén
2. Az 5 mol H₂-ből és 2 mol O₂-ből induló modellben mennyi hidrogén marad a reakció teljes végbemenetele után?
- A) 0 mol
- B) 1 mol
- C) 2 mol
3. A 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O egyenletnél 3 mol H₂ mellé 2 mol helyett 3 mol O₂-t számolunk. Hogyan változik az elméleti vízmennyiség?
- A) 3 molról 4 molra nő
- B) 3 mol marad
- C) 3 molról 6 molra nő
Megoldások és önálló pontozás
Minden helyes válasz 1 pont; a hibás vagy kihagyott válasz 0 pont. Legfeljebb 3 pont szerezhető. 3 pont: A rendezett egyenlet arányaiból megtaláltad a limitáló anyagot, a maradékot és a felesleg növelésének következményét. 2 pont: nézd át az eltévesztett kérdésnél megnevezett részt, és számold újra annak példáját. 0–1 pont: haladj végig a három megoldáson, majd oldd meg újra a kérdéseket. Ez a rövid próba a cikk összefüggéseinek megértését ellenőrzi.
1. megoldás
A) Oxigén – Az együtthatóval osztott 2 mol oxigén adja a kisebb reakciómennyiséget. Ha más választ adtál vagy kihagytad, ezt a részt ismételd át: Egy elméleti reakció anyagmérlege.
2. megoldás
B) 1 mol – A 2 mol oxigén 4 mol hidrogént használ fel az 5 molból. Ha más választ adtál vagy kihagytad, ezt a részt ismételd át: Egy elméleti reakció anyagmérlege.
3. megoldás
B) 3 mol marad – A 3 mol hidrogénhez 1,5 mol oxigén szükséges. Már az eredeti 2 mol oxigén is felesleg volt, így a hidrogén továbbra is 3 mol vízre korlátozza az elméleti terméket. A többletoxigén a maradékot növeli. Ha más választ adtál vagy kihagytad, ezt a részt ismételd át: Mi történik a kiinduló arány megfordításakor?.