شيمي علمي براي زندگي امروز

این نوع مسایل به دو دسته کلی زیر طبقه بندی می شوند :

1-     حجم و غلظت مولی یک واکنش دهنده را می دهند و حجم یا غلظت مولی واکنش دهنده ی دیگر را می خواهند .

2-     حجم و غلظت مولی یک واکنش دهنده را می دهند و مقدار فراورده ( ها ) ی به دست آمده را می خواهند .

برای حل این مسایل ، کافی است ابتدا تعداد مول ها را بدست آوریم . سپس با استفاده از نسبت مولی مناسب ، تعداد مول ماده ی دیگر و از آنجا ، بر حسب نوع مسئله ، حجم ، غلظت یا جرم آن ماده را به دست می آوریم .

مثال : بر اساس واکنش زیر ، چند میلی لیتر محلول HCl ، 2 مولار برای واکنش کامل با 250 میلی لیتر محلول 4/0 مولار لازم است ؟

HCl(aq) + NaOH(aq)→ NaCl(aq) + H2O(l)

واکنش دهندي محدود کننده

در هنگام انجام واکنشهاي شيميايي معمولاً يکي از واکنش دهنده ها به مقدار کمتر از مقدار استوکيومتري وجود دارد. بنابراين در جريان واکنش زودتر از واکنش دهنده هاي ديگر به مصرف مي رسد و تمامي مي شود. اين ماده تعيين کننده پيشرفت واکنش است و آن را محدود کننده مي نامند. واکنش دهنده هاي ديگر را که پس از پايان واکنش نيز مقداري از آنها در ظرف مي ماند، واکنش دهنده هاي اضافي مي نامند.

قیمت مواد یک عامل مهم در انتخاب واکنش دهنده ی محدود کننده است .

باتوجه به نسبتهاي مولي مي توان در مسايل واکنش دهنده ي محدود کننده را مشخص کرد.

مراحل تعیین واکنش دهنده محدود کننده به قرار زیر است :

1-     با توجه به مقادیر داده شده ، تعداد مول واکنش دهنده ها را حساب می کنیم .

2-     یکی از واکنش دهنده ها را بعنوان محدود کننده فرض می کنیم . با استفاده از نسبت مولی مناسب ، تعداد مول لازم از واکنش دهنده ی دیگر را حساب می کنیم .

3-     تعداد مول مورد نیاز حساب شده در مرحله 2 را با تعداد مول داده شده ی مرحله 1 مقایسه می کنیم . اگر تعداد مول مورد نیاز از آن واکنش دهنده کم تر از تعداد مول داده شده باشد . واکنش دهنده ی محدود کننده را درست انتخاب کرده ایم . در صورتیکه بیش تر باشد ، فرض ما ( درمرحله 2 ) درست نبوده ، واکنش دهنده ی دیگر محدود کننده است  و باید محاسبه ها را بر پایه ی آن انجام داد .

 مثال : از واکنش g۵۰  فلزي روي با g ۱۵۰  نيترات نقره چند گرم نقره را مي توان بدست آورد؟

Ag = 108 g mol و ^۱-AgNO₃ 170 =  g  mol و^۱- Zn = 4/65 g mol ^۱-

 پاسخ : ابتدا معادله موازنه شده ي واکنش را مي نويسيم و تعداد مول مواد واکنش دهنده را تعيين مي کنيم.

 2 AgNO₃ + Zn ® 2 Ag  + Zn( NO₃)₂

 حال بايد ماده محدود کننده را مشخص کنيم . فرض کنيم که Zn   ماده محدود کننده است. با استفاده از نسبتهاي مولي مقدار AgNO3 لازم براي واکنش با Zn  موجود را محاسبه مي کنيم.

 با مقايسه  AgNO₃  مورد نياز و AgNO₃ موجود در صورت مساله متوجه مي شويم که انتخاب ما صحيح نبوده و  ماده محدود کننده است.

مثال : 12/1 لیتر گاز متان با 36/3 لیتر گاز اکسیژن در یک گرماسنج واکنش داده اند . واکنش دهنده ی محدود کننده را تعیین و حجم گاز دی اکسید کربن تولید شده را بر حسب لیتر حساب کنید .

ابتدا معادله واکنش را نوشته ، آن را موازنه می کنیم

CH₄(g) + 2O₂(g)→ CO₂(g) + 2H₂O(g)

چون همه مواد شرکت کننده در این واکنش به حالت گاز هستند ، پس با توجه به قانون گی لوساک می توانیم به جای تعداد مول مواد گازی از حجم آن ها استفاده کنیم . از این رو یکی از مواد را محدود کننده فرض می کنیم ( مثلاٌ گاز اکسیژن ) ، حال حجم لازم از گاز متان را حساب می کنیم

چون حجم لازم(68/1 لیتر) از حجم داده شده (12/1لیتر )بیشتر است . پس فرض ما درست نبوده ، گاز اکسیژن واکنش دهنده ی اضافی و گاز متان محدود کننده است .بنابر این ، حجم گاز کربن دی اکسید را با توجه به حجم گاز متان ( واکنش دهنده ی محدود کننده ) به دست می آوریم

برای تشخیص واکنش دهنده ی محدود کننده می توانیم از روش زیر نیز استفاده کنیم :

1-     از روی مقدار ، مول واکنش دهنده ها را بدست می آوریم .

2-     تعداد مول های بدست آمده از واکنش دهنده ها را به ضرایب استوکیومتری آنها در معادله ی واکنش تقسیم می کنیم . موردی که مقدار عددی کمتری برای آن بدست آید ، محدود کننده است .

3-     از روی واکنش دهنده محدود کننده مسئله را حل می کنیم .

مثال : بر اساس معادله ی زیر ، اگر 150 میلی لیتر گاز کربن دی اکسید با 5/0 گرم پتاسیم سوپر اکسید واکنش دهد ، چند میلی لیتر گاز اکسیژن تولید می شود ؟ ( شرایط را STP در نظر بگیرید )

4KO₂ (s) + 2 CO₂(g)→ 2K₂CO₃ (s) + 3O₂ (g)

پاسخ : ابتدا تعداد مول ها را برای واکنش دهنده ها حساب می کنیم

پس KO₂(00175/0<00335/0) محدود کننده می باشد .