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AP化学:限制试剂

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例子问题

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例子问题1:限制试剂

考虑以下平衡的反应:

2 ca (s) + O₂(g)→2曹

考虑一下上面的反应。如果将60g Ca与32g O放在一个反应室中₂哪个是极限反应物?

可能的答案:

因为有1.5摩尔的Ca和1mol的O₂

O₂因为它是双原子分子

因为每摩尔O需要2mol₂由配平方程定义。

O₂因为它少了

不会有限制性反应物

正确答案:

因为每摩尔O需要2mol₂由配平方程定义。

解释：

当考虑限制反应物问题时，最重要的方面要考虑的是反应物的摩尔比。根据平衡公式，每2mol Ca对应1mol O₂来创造产品。题目给出的量就是我们给出的实际量，可以与摩尔比相比较来确定极限反应物。因为有1mol O_2，在任何少于2mol Ca的情况下，Ca都是极限反应物。相反，如果有2mol Ca，任何小于1mol O的情况₂会是一种O₂是极限反应物。

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例子问题1:限制试剂

考虑到反应

H₂所以₄（aq+ 2 LiOH (aq)→李₂所以₄（aq) + 2 h₂O (l）

如果你有100g H2SO4和65g LiOH。极限反应物是什么?

可能的答案:

H₂O

H₂所以₄

李₂所以₄

两个小时₂所以₄和LiOH同样限制了反应

LiOH

正确答案:

H₂所以₄

解释：

H₂所以₄分子量是98。这给了1.02摩尔。因为每个反应只需要1mol，所以反应经过1.02次。

LiOH的分子量是24。这是2.71摩尔。每个反应需要2mol所以反应可以经过1.35次。

基于此，H₂所以₄是极限反应物。

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示例问题11:化学计量学

是什么决定了不可逆反应中生成物的数量?

可能的答案:

极限反应物的存在量

平衡状态

溶液的体积

逆反应的速率

正确答案:

极限反应物的存在量

解释：

在不可逆反应中，反应只向一个方向进行，而且这些反应通常会完成。由于正反应是唯一发生的反应，所以产物的生成量只取决于反应物的数量，即限制反应物的数量。

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示例问题4:限制试剂

考虑一下下面的反应:

$8铁\水平间距{1毫米}+ S_8 \水平间距{1毫米}\ rightarrow8FeS$

如果我们从293克铁和17.2克开始 $S_8$ ，多少克 $菲斯$ 我们会创建吗?

可能的答案:

55.8克

47.1克

87.91克

256.48克

47.0克

正确答案:

47.1克

解释：

首先，假设我们有293克，计算理论产量 $菲$ 和过度 $S_8$ ：

$293\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}Fe\times\frac{1\hspace{1 mm}mol\hspace{1 mm}Fe}{55.8\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}Fe}\times\frac{8\hspace{1 mm}mol\hspace{1 mm}FeS}{8\hspace{1 mm}mol\hspace{1 mm}Fe}=5.25\hspace{1 mm}mol\hspace{1 mm}FeS$

然后计算理论产量，假设我们有17.2 g $S_8$ ：

$17.2\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}S_8\times\frac{1\hspace{1 mm}鼹鼠\hspace{1 mm}S_8}\times\frac{8\hspace{1 mm}鼹鼠\hspace{1 mm}FeS}{1\hspace{1 mm}鼹鼠\hspace{1 mm}S_8}=5.36\times10^{-1}\hspace{1 mm}鼹鼠\hspace{1 mm}S_8}=5.36\times10^{-1}\hspace{1 mm}摩尔\hspace{1 mm}摩尔\hspace{1 mm}鼹鼠\hspace{1 mm}FeS$

极限试剂是 $S_8$ 由于理论产率计算较低。现在要做的就是转换摩尔数 $菲斯$ 克:

$5.36\times10^{-1}\hspace{1 mm}mol \hspace{1 mm}FeS\times\frac{87.91\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}FeS}=47.1\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}FeS$

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例子问题1:限制试剂

考虑一下下面的反应:

$2 na + 2 h_2o \ rightarrow 2氢氧化钠+ H_2$

如果你有36克 $Na$ 53毫升 $H_2O$ ，你还有剩下的钠和/或水吗?每种多少钱?

可能的答案:

不会有水或钠残留

$0.106 \水平间距{1毫米}g \水平间距{1毫米}Na$

$28.2 \水平间距{1毫米}毫升\水平间距{1毫米}H_2O$

$0.782 \水平间距{1毫米}g \水平间距{1毫米}Na$

$24.8 \水平间距{1毫米}毫升\水平间距{1毫米}H_2O$

正确答案:

$24.8 \水平间距{1毫米}毫升\水平间距{1毫米}H_2O$

解释：

首先，让我们考虑36克固体钠

$36\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}Na\times\frac{1\hspace{1 mm}Na}\times\frac{2\hspace{1 mm}mol \hspace{1 mm}H_2O}{2\hspace{1 mm}mol \hspace{1 mm}Na}\times\frac{18\hspace{1 mm}g\hspace{1 mm}H_2O}{1\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm}H_2O}=28.2\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm}H_2O}=28.2\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm}H_2O}= 1\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm}H_2O}= 1\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm}H_2O}=28.2\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm} 1mm}H_2O$

我们现在知道钠是极限试剂，因为它只需要28.2毫升水，而我们有53毫升水。我们就没有剩下的钠了。

现在我们来计算水的剩余体积

$53\hspace{1 mm}mL-28.2\hspace{1 mm}mL=24.8\hspace{1 mm}mL\hspace{1 mm}H_2O$

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例子问题1:限制试剂

根据下面的配平方程式，镁与氧气结合形成氧化镁。

$2Mg + O_{2}\rightarrow2MgO$

允许60克金属镁和30克氧气发生反应。如果反应完成，哪种反应物会先被耗尽?

可能的答案:

镁

两者都会同时消耗。

氧气

为了回答这个问题，需要更多的信息。

正确答案:

氧气

解释：

最先耗尽的反应物叫做极限试剂。我们可以通过计算用完60g镁需要多少氧气来确定极限试剂。

我们先把镁转化为摩尔。

$60g\ Mg*\frac{1mol\ Mg}{24.3g\ Mg}=2.47mol\ Mg$

然后我们比较镁和氧气的摩尔比。因为每2mol镁需要1mol氧气，所以我们只需要1.24 mol氧气就能让镁完全反应。

$2.47mol\ Mg*\frac{1mol\ O_2}{2mol\ Mg}=1.23mol\ O_2$

乘以摩尔质量，我们确定我们需要39.51克氧气。记住，氧在气态时是双原子的。

$1.23mol\ O_2*\frac{32g\ O_2}{1mol\ O_2}=39.51g\ O_2$

由于我们在给定的问题中只有30克，我们得出结论，如果反应进行到完成，氧气将首先耗尽。

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示例问题7:限制试剂

考虑下面的平衡反应。

$Cl_{2(g)} + 2KI_{(aq)} \rightarrow 2KCl_{(aq)} + I_{2}_{(s)}$

如果反应开始时是8摩尔的氯气和10摩尔的碘化钾，那么在反应结束后会剩下多少摩尔的多余试剂?

可能的答案:

$2\ mol$

$5\ mol$

$3\ mol$

$1\ mol$

正确答案:

$3\ mol$

解释：

在阅读平衡反应时，你应该注意到它需要1mol氯气和2mol碘化钾才能反应并生成产物。这个比率可以从试剂的系数中看出。

根据这个比值，我们可以计算出与10mol碘化钾反应所需的氯的摩尔数。

$10mol\ KI*\frac{1mol\ Cl_2}{2mol\ KI}=5mol\ Cl_2$

5mol氯气会被用来反应所有的碘化钾。因为我们一开始是8摩尔的氯气，这意味着在反应完成后还剩下3摩尔的氯气。

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例子问题1:限制试剂

考虑下面的平衡反应。

$Cl_{2(g)} + 2KI_{(aq)} \rightarrow 2KCl_{(aq)} + I_{2}_{(s)}$

如果你从100克氯气和500克碘化钾开始，在反应完成后还会剩下多少克多余的试剂?

可能的答案:

$\small 300 g$

$\small 266 g$

$\small 32 g$

$\small 64 g$

正确答案:

$\small 32 g$

解释：

由于在这个问题中我们已知质量，比较两种试剂彼此的量就有点棘手了。我们可以用化学计量学来确定一种试剂需要多少才能用完其他所有的试剂。通过下面的一系列计算，我们可以确定需要多少碘化钾才能用完所有的氯气。

把两个化合物都化成摩尔。

$100g\ Cl_2*\frac{1mol}{71g}=1.41mol\ Cl_2$

$500g\ KI*\frac{1mol}{166g}=3.01mol\ KI$

然后，用化学反应中的比值来确定反应所有氯所需的碘化钾的摩尔数。

$1.41mol\ Cl_2*\frac{2mol\ KI}{1mol\ Cl_2}=2.82mol\ KI$

只需要2.82摩尔的碘化钾。因为一开始是3.01摩尔的碘化钾，剩下0.19摩尔。现在，我们需要把剩下的量换算成克。

$0.19mol\ KI*\frac{166g}{1mol}=32g\ KI$

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例子问题1:限制试剂

氨的形成由下式给出:

$3H_2+N_2\rightarrow 2NH_3$

如果你用12g氢气和64g氮气开始反应，哪个是极限试剂?

可能的答案:

氢

两者将同时被用完

为了求解，我们必须知道平衡常数

氮

我们必须知道系统压力才能求解

正确答案:

氢

解释：

在寻找极限反应物时，最好是取其中一种反应物，求出完全反应所需的另一种反应物的量。例如，让我们计算一下，我们需要多少氮气才能用完所有的12g氢气。用这个方程求物质的量，我们发现有6mol氢气。

$12gH_2*\frac{1molH_2}{2gH_2}=6molH_2$

根据化学方程的摩尔比1:3，我们得出结论:我们只需要2mol的氮气就能把所有的氢气都用完。

$6molH_2*\frac{1molN_2}{3molH_2}=2molN_2$

用2mol的氮气乘以它的摩尔质量(28g / mol)得到56g的氮气来反应所有的氢气。

$2molN_2*28\frac{g}{mol}N_2=56gN_2$

因为我们一开始只有64克氮气，我们知道我们有足够多的氮气氢会先被用完。氢气是极限反应物。

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例子问题1:限制试剂

考虑碳酸钾与硝酸钙的反应，生成硝酸钾和碳酸钙:

$K_{2}CO_{3} (aq) + Ca(NO_{3})_{2} (aq) \rightarrow CaCO_{3} (s) + 2KNO_{3} (aq)$

假设将50ml 0.250M碳酸钾溶液与100ml 0.175M硝酸钙溶液混合。能得到的碳酸钙的最大值是多少?

可能的答案:

1.25g

3.20g

1.50g

1.75g

0.55g

正确答案:

1.25g

解释：

首先，我们必须通过用物质的量浓度乘以体积来确定反应开始时每种反应物的物质的量。别忘了把体积换算成升!

mol=M*V

$(0.250M)(0.050L)=0.0125mol\ K_2CO_3$

$(0.175M)(0.100L)=0.0175mol\ Ca(NO_3)_2$

接下来，用反应系数(即化学计量学)来确定每一种反应物可以形成多少摩尔的碳酸钙。在这种情况下，反应物和碳酸钙的摩尔比都是1:1。

$0.0125mol\ K_2CO_3*\frac{1mol\ CaCO_3}{1mol\ K_2CO_3}=0.0125mol\ CaCO_3$

$0.0175mol\ Ca(NO_3)_2*\frac{1mol\ CaCO_3}{1mol\ Ca(NO_3)_2}=0.0175mol\ CaCO_3$

因此，0.0125摩尔的碳酸钾可以生成0.0125摩尔的碳酸钙，0.0175摩尔的硝酸钙可以生成0.0175摩尔的碳酸钙。最大的生成物量将由极限反应物决定，也就是提供最少生成物量的反应物。在此情况下，极限反应物为碳酸钾，碳酸钙的最大产率为0.0125mol。

最后一步，将这个值转换为克:

$0.0125mol\ CaCO_3*\frac{100.01g\ CaCO_3}{1mol\ CaCO_3}=1.25g\ CaCO_3$

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