Kemiska Beräkningar - Utbyte, Överskott och Begränsande Reaktanter PDF

kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMISKA BERÄKNINGAR: UTBYTE, ÖVERSKOTT OCH BEGRÄNSANDE REAKTANTER NIKLAS DAHRÉN  Vad menas med utbyte? ü Utbyte: I kemiska reaktioner reagerar olika ämnen med varandra (...

kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMISKA BERÄKNINGAR: UTBYTE, ÖVERSKOTT OCH BEGRÄNSANDE REAKTANTER NIKLAS DAHRÉN  Vad menas med utbyte? ü Utbyte: I kemiska reaktioner reagerar olika ämnen med varandra (reaktanter) och det bildas en eller flera nya ämnen (produkter). Den mängd (massa eller mol) produkter reaktionen producerar jämfört med vad som borde ha producerats om reaktionen hade fungerat ”optimalt” kallas för reaktionens utbyte. Om reaktionen teoretiskt borde ha gett 100 g produkt men vi erhöll endast 60 g, så var utbytet 60 %. Utbytet av en viss reaktion anges alltså i %. ü Varför är inte utbytet alltid 100 %?: Även de duktigaste kemisterna har svårt att helt ta bort felkällorna vid sina experiment vilket kan påverka utbytet. Det kan även vara så att reaktanterna har svårt att reagera med varandra av olika anledningar och därför blir inte utbytet 100 %. Många reaktioner är också jämviktsreaktioner vilket innebär att de produkter som bildas i sin tur kan reagera med varandra och återbilda reaktanterna (reaktionen går alltså i båda riktningarna!). För att försöka öka utbytet kan kemisten försöka minimera felkällorna och försöka påverka reaktionen så att reaktanterna lättare reagerar med varandra (förskjuta jämvikten åt rätt håll).  Uppgift 1: Natriumhydroxid kan framställas av kalciumhydroxid och natriumkarbonat enligt formeln: Ca(OH)2 + Na2CO3 à 2NaOH + CaCO3. Beräkna massan natriumhydroxid som man får av 350 g vattenfritt natriumkarbonat om utbytet är 85 %. Lösning: Balanserad reaktionsformel: Ca(OH)2 + Na2CO3 2NaOH + CaCO3 Molförhållandet: 1 1 2 1 Na2CO3: 2NaOH: n. M. 0,85 = m = 350 g m= (85%) 6,604396641 mol. 39,998 g/mol. 0,85 » 225 g M = 105,99 g/mol M = 39,998 g/mol m 350 g n= = = 3,302198321 mol n = 3,302198321 mol. 2 = 6,604396641 mol M 105,99 g/mol Molförhållandet är 1:2 Svar: Vid 85 % utbyte är massan natriumhydroxid som bildas 225 g.  Uppgift 2: Vid framställning av järn låter man järnmalm, Fe3O4, reagera med kolmonoxid. Då bildas rent järn och koldioxid. Hur stor massa järn kan man framställa ur 500 kg järnmalm om utbytet är 75,0 %? Lösning: Obalanserad reaktionsformel: Fe3O4 + CO Fe + CO2 Balanserad reaktionsformel: Fe3O4 + 4CO 3Fe + 4CO2 Molförhållandet: 1 4 3 4 Fe3O4: 3Fe: n. M. 0,75 = m = 500 kg = 500 000 g m= (75%) 6478,082488 mol. 55,85 g/mol. 0,75 » 271351 g » 271 kg M = 231,55 g/mol M = 55,85 g/mol m 500 000 g n= = = 2159,360829 mol n = 2159,360829 mol. 3 = 6478,082488 mol M 231,55 g/mol Molförhållandet är 1:3 Svar: 271 kg järn kan framställas om utbytet är 75 %.  Uppgift 3: Vid nickelframställning kan man utgå från nickeloxid, NiO, och reducera den med kol enligt följande reaktionsformel: NiO + C à Ni + CO. Vid ett visst tillfälle utgick man från 200 kg nickeloxid och fick 121 kg ren nickelmetall. Vilket var utbytet i reaktionen? Lösning: Balanserad reaktionsformel: NiO + C Ni + CO Molförhållandet: 1 1 1 1 NiO: Ni: n.M = m = 200 kg = 200000 g m= (100%) 2677,734636 mol. 58,69 g/mol » 157156,2458 g » 157 kg M = 74,69 g/mol M = 58,69 g/mol m 200000 g n= = = 2677,734636 mol n = 2677,734636 mol M 74,69 g/mol Molförhållandet är 1:1 121 kg. Svar: Utbytet var 77,1 % i reaktionen. Utbytet i reaktionen: 100 » 77,1 % 157 kg  Vad menas med överskott och begränsande reaktanter? 2H2 + O2 2H2O ü Ovanstående reaktionsformel visar att vi behöver 2 mol vätemolekyler och 1 mol syremolekyler för att bilda 2 mol vattenmolekyler. ü Exempel: Som exempel kan vi tänka oss att vi i praktiken har 1 mol syremolekyler, men enbart 1,5 mol vätemolekyler. Den relativa bristen på vätemolekyler gör att vi enbart kan bilda 1,5 mol vattenmolekyler. För att bilda 1,5 mol vattenmolekyler behövs det 0,75 mol syremolekyler. ü Begränsande reaktant: Väte är begränsande reaktant eftersom vi har ett relativt underskott av vätemolekyler i förhållande till antalet syremolekyler (i absoluta tal har vi dock mer vätemolekyler). ü Överskott: Syre har vi i överskott eftersom det kommer förbrukas mindre syre i reaktionen än vad som finns att tillgå. Efter reaktionen kommer det därför finnas kvar syremolekyler som ej har reagerat med någon vätemolekyl.  Exempel på överskott och begränsande reaktanter Vi har fått till uppgift att bygga så många kompletta bilar som möjligt. Svar: Till vår hjälp har vi två ”karosser” (allt utom hjulen) och sex stycken hjul. a) Enbart en komplett bil kan byggas. a) Hur många kompletta bilar kan vi bygga? b) Karosserna, eftersom det fattas 2 b) Är karosserna eller hjulen i överskott? hjul för att bygga 2 bilar. c) Vilken är den begränsande ”reaktanten”? c) Hjulen. d) Vad är molförhållandet mellan karosserna och hjulen? d) 1:4.  Uppgift 4: När man upphettade en blandning av 8,00 kg tennoxid SnO2 och 0,70 kg kol i en ugn bildades tenn och kolmonoxid. Hur stor massa kolmonoxid kan maximalt bildas under reaktionen? Lösning: Obalanserad reaktionsformel: SnO2 + C Sn + CO Balanserad reaktionsformel: SnO2 + 2C Sn + 2CO Molförhållandet: 1 2 1 2 SnO2: 2C: 2CO:.. m = 8,00 kg = 8000 g m = 0,70 kg = 700 g m = n M = 58,2847627 mol (100%) 28,01 g/mol = 1632 g » 1,6 kg M = 150,7 g/mol M = 12,01 g/mol M = 28,01 g/mol Relativt överskott på tennoxid Kol är begränsande reaktant n= m = 8000 g = m 700 g M 150,7 g/mol 53,08560053 mol n = M =12,01 g/mol= 58,2847627 mol n = 58,2847627 mol Molförhållandet är 1:1 Den begränsande reaktantens substansmängd Svar: 1,6 kg kolmonoxid kan maximalt bildas under reaktionen. använder vi för att beräkna substansmängden av kolmonoxid!  Uppgift 5: När man upphettade en blandning av 2,00 kg tennoxid SnO2 och 700,0 g kol i en ugn bildades tenn och kolmonoxid. Hur stor massa kolmonoxid kan bildas under reaktionen om utbytet är 80 %? Lösning: Obalanserad reaktionsformel: SnO2 + C Sn + CO Balanserad reaktionsformel: SnO2 + 2C Sn + 2CO Molförhållandet: 1 2 1 2 SnO2: 2C: 2CO:... m = 2,00 kg = 2000 g m = 700,0 g m = n M 0,80 = 26,54280027 mol (80%) 28,01 g/mol. 0,80 » 595 g M = 150,7 g/mol M = 12,01 g/mol M = 28,01 g/mol 13,27140013 mol. 2 = Tennoxid är begränsande reaktant Relativt överskott på kol m = 2000 g =13,27140013 mol n = m 700 g n= = = 58,2847627 mol n = M 150,7 g/mol M 12,01 g/mol 26,54280027 mol Molförhållandet är 1:2 Den begränsande reaktantens substansmängd Svar: 595 g kolmonoxid kan bildas under reaktionen om utbytet är 80 %. använder vi för att beräkna substansmängden av kolmonoxid! Tack för att du tittade på den här filmen! Se gärna fler filmer på: kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner