הגבלת בעיות תגובתיות בכימיה

א משוואה כימית מאוזנת מראה את הכמויות הטוחנות של מגיבים שיגיבו יחד לייצור כמויות טוחנות של מוצרים. בעולם האמיתי, מגיבים לעתים רחוקות מפגישים עם הסכום המדויק הדרוש. מגיב אחד ישמש לחלוטין לפני האחרים. המגיב שנמצא בשימוש הראשון נקראמגיב מגביל. שאר המגיבים נצרכים באופן חלקי כאשר הכמות שנותרה נחשבת "לעודפים". בעיה דוגמא זו מדגימה שיטה לקביעת המגיב המגביל של תגובה כימית.

נתרן הידרוקסידי (NaOH) מגיב עם חומצה זרחתית (H₃פו₄) ליצירת נתרן פוספט (Na₃פו₄) ומים (ח₂O) על ידי התגובה:

• 3 NaOH (aq) + H₃פו₄(aq) → Na₃פו₄(aq) + 3 ח₂O (l)

אם מגיבים 35.60 גרם NaOH עם 30.80 גרם H₃פו₄,

• א. כמה גרם של Na₃פו₄ נוצרים?
• ב. מהו המגיב המגביל?
• ג. כמה גרם של עודף המגיב נותרים כשהתגובה הושלמה?

מידע שימושי:

• מסה מולארית של NaOH = 40.00 גרם
• מסת טוחנת של H₃פו₄ = 98.00 גרם
• המסה הטוחנת של Na₃פו₄ = 163.94 גרם

כדי לקבוע את המגיב המגביל, חישב את כמות המוצר שנוצר על ידי כל מגיב. המגיב ככל שמייצר את הכמות הנמוכה ביותר של המוצר הוא המגיב המגביל.

לקביעת מספר גרם Na₃פו₄ נוצר:

• גרם Na₃פו₄ = (גרם מגיב) x (שומה של מגיב / מסת מולקולרית של מגיב) x (יחס שומה: מוצר / מגיב) x (מסת מולקולרית של מוצר / שומה מול)

כמות Na₃פו₄ נוצר מ- 35.60 גרם NaOH

• גרם Na₃פו₄ = (35.60 גרם NaOH) x (1 מול NaOH / 40.00 גרם NaOH) x (1 מול Na₃פו₄/ 3 mol NaOH) x (163.94 גרם Na₃פו₄/ 1 מול Na₃פו₄)
• גרם של Na₃פו₄ = 48.64 גרם

כמות Na₃פו₄ נוצר מ- 30.80 גרם H₃פו₄

• גרם Na₃פו₄ = (30.80 גרם H₃פו₄) x (1 mol H₃פו₄/98.00 גרם H₃פו₄) x (1 מול. Na₃פו₄/ 1 מול H₃פו₄) x (163.94 גרם Na₃פו₄/ 1 מול Na₃פו₄)
• גרם Na₃פו₄ = 51.52 גרם

הנתרן הידרוקסיד יצר פחות מוצר מחומצה זרחתית. המשמעות היא שהנתרן הידרוקסיד היה המגיב המגביל ונוצר 48.64 גרם נתרן פוספט.

כדי לקבוע את הסכום של מגיב עודף שנותר, הכמות המשמשת נחוצה

• גרם של מגיב בשימוש = (גרם של מוצר נוצר) x (1 מולקולת מוצר / מסת טוחנת מוצר) x (יחס שומה של מגיב / מוצר) x (מסת טוחנת של מגיב)
• גרם H₃פו₄ משומש = (48.64 גרם Na₃פו₄) x (1 מול. Na₃פו₄/163.94 גרם Na₃פו₄) x (1 mol H₃פו₄/ 1 מול Na₃פו₄) x (98 גרם H₃פו₄/ 1 מול)
• גרם H₃פו₄ משומש = 29.08 גרם

ניתן להשתמש במספר זה כדי לקבוע את הכמות הנותרת של עודף מגיב.

• Grams H₃פו₄ שנותר = גרם ראשוני H₃פו₄ - גרם H₃פו₄ בשימוש
• גרם H₃פו₄ שנותר = 30.80 גרם - 29.08 גרם
• גרם H₃פו₄ שנותר = 1.72 גרם

כאשר מגיבים 35.60 גרם NaOH עם 30.80 גרם H₃פו₄,

• א. 48.64 גרם Na₃פו₄ נוצרים.
• ב. NaOH היה המגיב המגביל.
• ג. 1.72 גרם H₃פו₄ להישאר בסיום.