مفاهیم اصلی – واکنش دهنده محدود کننده:
در این آموزش، شما یاد خواهید گرفت که یک معرف محدود کننده چیست، چگونه واکنش دهنده محدود کننده را پیدا کنید، و نمونه ای از مشکلات را مشاهده خواهید کرد.
معرف محدود کننده چیست؟
واکنش دهنده محدود کننده، معرف (ترکیب یا عنصر) است که به طور کامل در یک واکنش شیمیایی مصرف می شود. محدود کردن واکنش دهنده نیز چیزی است که از ادامه واکنش جلوگیری می کند زیرا هیچ واکنشی باقی نمانده است. واکنش دهنده محدود کننده را می توان به عنوان معرف محدود کننده یا عامل محدود کننده نیز نام برد. واکنش دهنده ای که مصرف نمی شود، واکنش دهنده اضافی نامیده می شود.
به عنوان مثال، در نظر بگیرید که آیا می خواهید یک همبرگر را با دو تکه نان، یک تکه گوجه فرنگی و یک تکه گوشت کنار هم قرار دهید. واکنش خواهد بود
1 گوجه فرنگی + 1 گوشت + 2 نان -> 1 برگر
شما 3 تکه گوجه فرنگی، 2 تکه گوشت و 6 تکه نان دارید.
وقتی با هم ترکیب می شوند تا ساندویچ درست شود، اولین ماده ای که تمام می شود گوشت است. شما فقط گوشت کافی برای درست کردن دو همبرگر دارید، اما گوجه فرنگی و نان کافی برای تهیه سه همبرگر کافی است، بنابراین، گوشت معرف محدود کننده است. گوشت اولین ماده ای است که مصرف می شود. نان و گوجه‌فرنگی مازاد دارند و به همین دلیل واکنش‌دهنده اضافی نامیده می‌شوند. همین ایده برای واکنش های شیمیایی نیز صادق است.
مهم است که بتوانیم معرف محدود کننده را پیدا کنیم، زیرا همیشه نمی‌توانیم دقیقاً تعداد مولکول‌هایی را که می‌خواهیم اضافه کنیم تا معادلات خود را متعادل کنیم. اغلب اوقات، یک معرف بیش از حد اضافه می شود زیرا ارزان تر است و مطمئن شوید که معرف گران تر کاملاً مصرف شده است.
از واکنش دهنده محدود کننده، بازده نظری نیز قابل محاسبه است. بازده نظری حداکثر مقدار محصولی است که می توان از معرف محدود کننده ایجاد کرد. با این حال، بازده واقعی در یک واکنش تقریباً همیشه کمتر از بازده نظری است. به همین دلیل است که درصد بازده برای مقایسه بازده نظری با بازده واقعی محاسبه می‌شود.
نحوه یافتن واکنش دهنده محدود کننده
راه های مختلفی برای یافتن معرف محدود کننده وجود دارد. یک کلید این است که همیشه با یک واکنش شیمیایی متعادل شروع کنید. همچنین ضروری است که همیشه مقادیر خال را مقایسه کنید، نه وزن (یعنی گرم). فقط مول ها برای تعیین معرف محدود کننده کار می کنند زیرا به ما می گوید چند مولکول وجود دارد.
روش 1 – مقایسه محصول تولید شده
برای کار از طریق این روش، واکنش بین نیتروژن و هیدروژن برای ساخت آمونیاک را در نظر خواهیم گرفت.
ن2 + اچ2 –> NH3
- با یک معادله شیمیایی متعادل شروع کنید
ن2 + 3 ساعت2 –> 2 NH3
2. هر مقدار داده شده را با استفاده از استوکیومتری به مول های هر معرف تبدیل کنید.
3. برای هر معرف، محاسبه کنید که چند مول محصول تولید می شود.
4. معرفی که کمترین مقدار محصول را تولید می کند، معرف محدود کننده شماست.
0.72 مول NH3 (از N2) > 0.39 مول NH3 (از H2)
بنابراین اچ2 معرف محدود کننده است
روش 2-مقایسه معرف موجود
ن2 + اچ2 –> NH3
- با یک معادله شیمیایی متعادل شروع کنید
1 N2 + 3 ساعت2 –> 2 NH3
2. هر مقدار داده شده (مثلاً بر حسب گرم) را به مول از هر معرف تبدیل کنید.
3. با استفاده از نسبت مول، مقدار محصول A را به مقدار محصول B که لازم است تبدیل کنید.
4. اگر مقدار محاسبه شده B بیشتر از مقدار واقعی B باشد، به این معنی است که B واکنش دهنده محدود کننده است. اگر مقدار محاسبه شده کمتر از مقدار واقعی باشد، B معرف محدود کننده نیست.
مقدار محاسبه شده B = 1.08 مول H2
مقدار واقعی B = 0.59 مول H2
زیرا 1.08 مول > 0.59 مول H2 ما H2 است معرف محدود کننده در تولید آمونیاک در این مشکل
توجه داشته باشید که هر روش با متعادل کردن معادله شیمیایی شروع می شود و سپس تمام مقادیر را به مول تبدیل می کند. سپس نسبت های مولی محصول تشکیل شده یا مقدار معرف مورد نیاز را مقایسه کنید.
مثال مشکل نحوه یافتن معرف محدود کننده
مسئله: شما 0.4 گرم H دارید2 و 1.8 گرم O2 برای ساختن آب واکنش محدود کننده در تولید آب کدام است؟
راه حل:
با متعادل کردن واکنش شیمیایی شروع کنید.
2 اچ2 + 1 O2 –> 2 H2O
مقادیر داده شده بر حسب گرم را به مول تبدیل کنید.
مقدار محصول تولید شده توسط هر معرف را محاسبه کنید
مقدار محصول تولید شده را مقایسه کنید تا ببینید کدام مقدار کمتر است.
نتیجه بالا نشان می دهد که اکسیژن (O2) آب بیشتری تولید می کند (H2O) از هیدروژن (H2). بنابراین، هیدروژن معرف محدود کننده است.