Недостаток и избыток реагента

8 заданий

Реагент в недостатке

Реагенты редко берут точно в стехиометрическом отношении. Тогда одно вещество расходуется полностью (в недостатке), а другое остаётся (в избытке). Продукт считают по веществу в недостатке.

Критерий: разделите количество каждого реагента на его коэффициент — меньшее частное указывает на недостаток. Для \(\ce{2Al + 3Cl2 -> 2AlCl3}\) при 1,0 моль Al и 1,2 моль \(\ce{Cl2}\): \(1{,}0/2 = 0{,}50\) и \(1{,}2/3 = 0{,}40\) — хлор в недостатке, образуется \(0{,}80\) моль \(\ce{AlCl3}\), остаётся \(0{,}20\) моль Al.

errorСравнивают моли, делённые на коэффициенты

Сравнивать массы бессмысленно, количества — тоже недостаточно. В реакции \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\) при 3 моль водорода и 2 моль кислорода в недостатке водород (\(3/2 = 1{,}5 < 2/1\)), хотя его количество больше.

scienceРеакции, где важен избыток

\(\ce{Zn + S ->[t] ZnS}\) — вспышка смеси; избыток серы сгорает до \(\ce{SO2}\).
\(\ce{2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O}\), а при избытке газа \(\ce{NaOH + CO2 -> NaHCO3}\) — продукт зависит от соотношения.
\(\ce{AlCl3 + 3NaOH -> Al(OH)3 v + 3NaCl}\), а в избытке щёлочи \(\ce{Al(OH)3 + NaOH -> Na[Al(OH)4]}\) — осадок растворяется.
\(\ce{Cu + 2H2SO4 ->[t] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}\) — медь реагирует только с концентрированной кислотой, и часть кислоты остаётся неиспользованной, когда она разбавится.

Выход и чистота

В реальных процессах получается меньше продукта, чем по уравнению: побочные реакции, неполное превращение, потери при выделении. Выход \(\eta = m_\text{практ}/m_\text{теор}\) (или отношение количеств). Сырьё тоже не бывает чистым: известняк содержит глину, карбид кальция — оксид кальция и уголь. Чистота — массовая доля основного вещества; в расчёт по уравнению идёт только она.

edit_noteВыход и чистота вместе

Из 200 кг известняка, содержащего 90,0 % \(\ce{CaCO3}\), получили 95,0 кг негашёной извести. Каков выход? \(m(\ce{CaCO3}) = 180\) кг \(= 1{,}80\) кмоль; теоретически \(\ce{CaO}\) \(1{,}80\cdot56{,}08 = 101\) кг; \(\eta = 95{,}0/101 = 94{,}1\) %.

scienceТехнические продукты и их примеси

\(\ce{CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2 ^}\) — чистоту карбида находят по объёму ацетилена; запах «карбида» дают примеси фосфина и сероводорода.
\(\ce{CaCO3 ->[t] CaO + CO2 ^}\) — известняк с песком и глиной даёт при обжиге «тощую» известь.
\(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 ^}\) — технический цинк с примесью мышьяка даёт водород с ядовитым арсином, поэтому для опытов берут чистый цинк.

boltДве поправки — в правильном порядке

Чистоту учитывают до расчёта по уравнению (переходят от массы сырья к массе чистого вещества), выход — после (умножают теоретическую массу продукта на \(\eta\)). Если спрашивают, сколько сырья взять, всё наоборот: делят на \(\eta\) и на \(w\).

push_pinГлавное

Расчёт ведут по веществу в недостатке — тому, чьё количество, делённое на коэффициент, меньше. Остаток избыточного реагента = взятое − израсходованное. Выход \(\eta = m_\text{практ}/m_\text{теор}\); чистота \(w\) — доля основного вещества в техническом продукте; в расчёт по уравнению входит только чистое вещество. Проверка — сохранение массы: масса продуктов плюс остатков равна массе взятых веществ.

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.