제한 시약

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화학반응에서 제한시약(또는 제한반응물 또는 제한제)은 화학반응이 ^[1][2]완료되면 완전히 소비되는 반응물이다.이 시약 없이는 반응을 계속할 수 없기 때문에 생성물의 양은 이 시약에 의해 제한됩니다.제한 시약과 반응하는 데 필요한 양을 초과하는 다른 시약이 하나 이상 존재할 경우 초과 시약 또는 초과 반응 물질("xs")로 표현됩니다.

이론수율은 제한시약이 완전히 반응했을 때 얻어지는 생성물의 양으로 정의되므로 반응수율(%)을 계산하기 위해서는 제한시약을 식별해야 한다.반응을 설명하는 균형 화학 방정식이 주어졌을 때 제한 시약을 식별하고 다른 시약의 초과량을 평가할 수 있는 몇 가지 동등한 방법이 있습니다.

방법 1: 반응물의 양 비교

이 방법은 반응물이 2개밖에 없을 때 가장 유용합니다.1개의 반응물(A)을 선택하고 균형화학적 방정식을 이용하여 A와 반응하기 위해 필요한 다른 반응물(B)의 양을 결정한다.실제 존재하는 B의 양이 요구량을 초과하면 B가 초과되고 A가 제한 시약이다.존재하는 B의 양이 요구량보다 적으면 B가 제한 시약이다.

두 반응물에 대한 예제

벤젠의 연소를 다음 화학식으로 나타냅니다.

${\displaystyle {2 C6H6(l) + 15 O2(g) -> 12 CO2(g) + 6 H2O(l)}}$

즉, 벤젠(CH₆₆) 2몰과 반응하려면 산소 분자(O) 15몰이₂ 필요합니다.

벤젠의 다른 양에 필요한 산소의 양은 교차 증식법칙(3의 법칙)을 사용하여 계산할 수 있습니다.예를 들어 1.5 mol₆₆ CH가 존재하는 경우 11.25 mol₂ O가 필요합니다.

$({displaystyle 1.5}({mol,C6H6})\times {15}({ce {mol,C6H6}}})=11.25\({mol,O2}})$

만약 실제로 18 mol₂ O가 존재한다면, 벤젠을 모두 소비할 때 (18 - 11.25) = 6.75 mol의 미반응 산소가 초과하게 된다.벤젠은 제한 시약이다.

이 결론은 균형 방정식이 요구하는 O와₆₆ CH의₂ 몰비와 실제로 존재하는 몰비를 비교하여 확인할 수 있다.

• ${\displaystyle \frac{\text{필수}}{}}$: ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{O\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\text{2}}{{}_{}^{}}}$ ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{C\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}{}_{}^{}}{}}$ H ${\displaystyle \frac{{6\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\text{15}}{}}$ ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{O\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{\mathrm{}}}$ ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ C ${\displaystyle \frac{{6\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{6\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle 7.\text{5}}$ ${\displaystyle mol{}_{}^{}}$O${\displaystyle {}_{}^{}}{\displaystyle {2\mathrm{}}_{}^{}}$ ({$displaystyle {mol$, $O2}}$ {\$ce {mol$, $C6H6$}} =$flac {15\$ ce ${mol$, $O2$}} {\ce {\$ce$ {$mol,$ O2$}}$ {$2}$
• ${\displaystyle \frac{\text{실제}}{}}$: ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\text{O2}}{{}_{}^{}}}$ ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{H6\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{\text{18}}{}}$ ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{1}}$.5 ${\displaystyle \frac{mol{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}{}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{H6\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \mathrm{H6}}$ = ${\displaystyle 12{}_{}^{}}$ O2${\displaystyle {}_{}^{}}$({$displaystyle {mol,O2}}$ {\$ce {mol,C6H6$}} =$flac {18\ce {mol,O2}}$ {$1\5C}$

실제 비율이 필요 이상으로 크기 때문에 O가₂ 초과 시약으로 벤젠이 제한 시약임을 확인한다.

방법 2: 각 반응물질에서 형성될 수 있는 생성물의 양 비교

이 방법에서는 화학방정식을 사용하여 각 반응물질에서 생성될 수 있는 하나의 생성물의 양을 계산한다.제한 반응물은 고려된 제품의 최소량을 형성할 수 있는 반응물이다.이 방법은 첫 번째 방법보다 더 쉽게 반응물의 수에 상관없이 확장할 수 있습니다.

예

20.0g의 철(III) 산화물₂₃(FeO)을 8.00g 알루미늄(Al)과 다음과 같은 테르마이트 반응으로 반응시킵니다.

${\displaystyle {Fe2O3(s) + 2 Al(s) -> 2 Fe(l) + Al2O3(s)}}$

반응물의 양은 그램 단위로 제공되기 때문에 화학방정식과 비교하기 위해 먼저 몰로 변환되어야 하며, 각 반응물로부터 Fe의 몇 몰을 생산할 수 있는지 판단해야 합니다.

• 반응물₂₃ FeO에서 생성될 수 있는 Fe의 몰

  ${\displaystyle {\ce {mol~Fe2O3}}&=frac {g/mol~Fe2O3}}{\ce {g/mol~Fe2O3}}\&=frac {20.0~{\ce {g}}{159.7}~{\ce {g/signed}}}=0.125~{\ce {signed}\end {aligned}}}$

  $displaystyle(디스플레이 스타일)Fe}}=0.125\({mol~Fe2O3}})배Fe}}{\ce {1~mol~Fe2O3}}=0.250~{\ce {\ce {buff}~Fe}}}$

• 반응물 Al에서 생성될 수 있는 Fe의 몰

  $displaystyle(디스플레이 스타일)Al}}&=frac {gs~Al}}{\ce {g/mol~Al}}\\&=black {8.00~{\ce {g}}{26.98~{\ce {g/bl}}}=0.297~{\ce {g/bl}}\end{aligned}}}}$

  $displaystyle(디스플레이 스타일)Fe}}=0.297~{\ce {filename~}Al}}×{frac{2~Fe}}{\ce {2~mol~Al}}=0.297~{\ce {nothers~}Fe}}}$

Al은 0.297molFe를 생성하기에 충분하지만 FeO는 0.250molFe를 생성하기에 충분합니다₂₃.즉, 실제로 생성되는 Fe의 양은 FeO의₂₃ 존재에 의해 제한되며, 따라서 제한 시약이 됩니다.

지름길

상기 예에서 각 시약 X(FeO₂₃ 또는 Al)에서 생성되는 생성물(Fe)의 양은 양에 비례함을 알 수 있다.

$({displaystyle {{mbox{시약 X}}}{\mbox{시약 X}}}})$

이는 임의의 수의 시약에서 사용할 수 있는 바로 가기를 제안합니다.각 시약마다 이 식만 계산하면 이 식 중 값이 가장 낮은 시약이 제한 시약이다.위의 예에서 이 바로 가기를 적용할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 제한 요인

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