Limitación de reactivos y cálculo del exceso de reactivos

Reactivo limitante

Imagina que estás haciendo galletas con chispas de chocolate. Quieres hacer un lote completo de ellos (24). La receta rinde 24 galletas, pero requiere dos tazas de chispas de chocolate. Tienes suficiente de todos los demás ingredientes, pero solo tienes una taza de chispas de chocolate. Entonces, ¿qué ingrediente le impide hacer un lote completo? ¡Las chispas de chocolate! Podrías hacer un lote con la mitad de las papas fritas, pero eso no sería bueno. La falta de chispas de chocolate lo limita para hacer un lote completo. Es el factor limitante.

¿Qué es el reactivo limitante?

En química, al igual que en la vida real, rara vez hay cantidades exactas de sustancias que experimentan reacciones químicas. Por lo general, hay demasiado de un reactivo y no suficiente de otro. El reactivo que se consume primero y para que no se pueda hacer más producto es el reactivo limitante . La sustancia en exceso que no se usa como reactivo es el reactivo en exceso .

Si desea producir CO 2 y comienza con C y O 2 , la reacción se ve así:

C + O 2 -> CO 2

Un mol de carbono reacciona con un mol de O 2 para producir un mol de CO 2 . ¿Qué pasa si tengo dos moles de C y un mol de CO 2 ? ¿Puedo producir dos moles de CO 2 ? ¿No por qué no? Debido a que todavía tengo solo un mol de O 2 , entonces me quedaré sin O 2 antes de quedarme sin C. El O 2 es el reactivo limitante. Esta lección le enseñará cómo determinar el reactivo limitante en una reacción y calcular cuánto reactivo en exceso tiene.

Ejemplo uno

El hierro se corroe en la ecuación 3Fe + 4 H 2 O -> Fe 3 O 4 + 4 H 2 . Si tengo 40 g de agua que reaccionan con 150 g de hierro, ¿cuál es el reactivo limitante? ¿Cuánto exceso de reactivo tengo?

3Fe + 4 H 2 O -> Fe 3 O 4 + 4 H 2

Tienes 40 g de H 2 O y reacciona con 150 g de Fe. ¿Cuál es el reactivo limitante y cuál es la masa en gramos que se produce? Comience con lo que le dan: 40 g H 2 O, 150 g Fe, ???, Fe 3 O 4 .

Una lección anterior le enseñó cómo determinar cuántos gramos de sustancia hay en un mol de esa sustancia. Para esta lección, solo te diré:

18 g H 2 O / 1 mol, 55.8g Fe / 1 mol, 232 g Fe 3 O 4 /1 mol.

¿Qué debe hacer primero para determinar el reactivo limitante? Necesita cambiar la masa de los reactivos a moles de reactivos:

• 40 g H 2 O x (1 mol H 2 O / 18 g H 2 O) = 2.22 moles H 2 O
• 150 g de Fe x (1 mol de Fe / 55,8 g de Fe) = 2,69 moles de Fe

Ahora escojamos uno de los reactivos para usar en nuestra comparación. No importa cuál elijamos. Usemos H 2 O. Necesitamos comparar los moles de H 2 O que tenemos con la relación molar de Fe a H 2 O. Puedes ver que los moles de H 2 O se cancelarán y esto nos dará los moles de Fe que necesitamos para utilizar todos los moles de H 2 O que tenemos.

2,22 moles de H2O x 3 moles de Fe / 4 moles de H2O = 1,67 moles de Fe.

Entonces, para los 2.22 moles de H 2 O que tenemos, necesitamos 1.67 moles de Fe para usarlo todo en la reacción. Ahora podríamos hacer algunas reglas agradables sobre cómo determinar el reactivo limitante, pero como probablemente ya tenga demasiadas reglas para aprender, pensemos en esto. Hemos descubierto anteriormente que tenemos 2,69 moles de Fe disponible, y ahora sabemos que sólo necesitamos 1,67 moles de Fe a utilizar hasta los 2,22 moles de H 2 O que tenemos. Entonces, el H 2 O se usará antes de que el Fe desaparezca. El H 2 O es el reactivo limitante, el Fe es el reactivo en exceso y le sobrarán 2,69 – 1,67 = 1,02 moles de Fe.

Para determinar cuánto producto Fe 3 O 4 se producirá, multiplique el reactivo limitante por la relación molar de producto al reactivo limitante y luego multiplique por la masa molar del producto. Una vez más, puede seguir a medida que las etiquetas se cancelen.

2,22 moles H 2 O x (1 mol Fe 3 O 4 /4 moles H 2 O) x (232 g Fe 3 O 4 /1 mol) = 129 g Fe 3 O 4 .

Ejemplo dos

El zinc y el azufre reaccionan para formar sulfuro de zinc. Si 100 g de Zn reaccionan con 30 g de S 8 , ¿cuál es el reactivo limitante? ¿Cuánto producto se fabrica? Se le da la siguiente información: 8Zn + S 8 -> 8ZnS, 65.4g Zn / Zn 1 mol, 256.5g S 8 /1 mol S 8 , 97,5 g ZnS / 1 ZnS molares.

Cambie las masas de los reactivos a moles:

• 100 g de Zn x (1 mol / 65,4 g de Zn) = 1,53 moles de Zn
• 30 g S 8 x (1 mol / 256,5 g S 8 ) = 0,117 moles S 8

Usemos los moles de Zn como nuestra comparación y averigüemos cuánto S 8 necesitaremos para usar los 1.53 moles de Zn disponibles.

1,53 moles Zn x 1 mol S 8 /8 moles Zn = 0,191 moles S 8 . Para los 1.53 moles de Zn que tenemos, necesitamos 0.191 moles de S 8 . Pero solo tenemos 0,117 moles de S 8 disponibles, por lo que S 8 es el reactivo limitante, ya que se agotará primero. Zn es el reactivo en exceso.

Para calcular la cantidad de Zn que queda, necesitamos averiguar la cantidad de Zn que se usó cuando tenemos 0.117 moles de S 8 , y luego restar esa cantidad de la cantidad original de Zn con la que comenzamos.

0,117 moles S 8 x (8 moles ZnS / 1 mol S 8 ) = 0,936 moles Zn. 1,53 moles de Zn disponibles – 0,936 moles de Zn usados ​​= 0,59 moles de Zn en exceso. Desde S 8 es el reactivo limitante, utilizamos la cantidad reactivo limitante, 0,1 moles, para encontrar la cantidad de producto producido. Necesitaremos la proporción de moles de ZnS a moles de S 8 y la masa molecular de ZnS para determinar la cantidad de producto elaborado.

0,117 moles S 8 x 8 moles ZnS / 1 mol S 8 ) x (97,5 g ZnS / 1 mol ZnS) = 91,3 g ZnS. El producto total que puede hacer en este caso es 91,3 g de sulfuro de zinc.

Resumen de la lección

En una reacción química en el mundo real, no siempre hay suficiente cantidad de cada reactivo en una reacción para que se agote cada parte de cada uno. Uno de los reactivos se consumirá antes que el resto. El reactivo que se consume primero es el reactivo limitante . El reactivo que queda cuando se completa la reacción es el reactivo en exceso .

Para determinar cuál de los reactivos es el limitante, elija uno, luego use las proporciones estequiométricas para calcular cuánto necesitará del otro para usar todo el primero que eligió. Ahora, piénselo bien. Si tiene más que suficiente del otro reactivo, entonces su primera opción es el reactivo limitante. Si no tiene suficiente del segundo reactivo para consumir el primero, entonces el segundo reactivo es el reactivo limitante.