Calculos De Reactivo Limitante

Cálculos de reactivo limitante

En una reacción química no necesariamente se consume la totalidad de los reactivos. Generalmente alguno de ellos se encuentra en exceso. El otro reactivo, que es el que se consume totalmente se conoce como reactivo limitante.

Para que una reacción se lleve a cabo debe haber sustancias (reactivos) capaces de reaccionar para formar los productos, pero basta que uno solo de los reactivos se agote para que la reacción termine.

En los procesos industriales generalmente se usa un exceso el reactivo más barato y fácil de conseguir, y se selecciona como limitante el más caro o difícil de conseguir.

Ejemplo:

El proceso Haber para producción de amoniaco se representa mediante la siguiente ecuación balanceada:

a) A partir de 100 g de N2 y 100 g H2. ¿Cuántos g de NH3 (amoniaco) se obtienen?

b) ¿Cuál el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso?

c) Calcule la cantidad de g de reactivo en exceso que quedan al final de la reacción.

PASO 1

Revisar si la ecuación está balanceada.

En este caso la ecuación se muestra ya balanceada.

PASO 2

Calcular la mol de producto señalada (sustancia deseada) que se forman con cada reactivo siguiendo los pasos indicados anteriormente para la solución de los ejercicios de estequiometria.

Iniciamos el cálculo con los 100 g de N2, y podríamos representar esta parte en la ecuación, de la siguiente forma:

Sustancia deseada: NH3 g

Sustancia de partida: N2 100 g

Calculamos la masa molecular del nitrógeno para convertir a moles y poder aplicar el factor molar.

N2z

2 x 14.01 = 28.02 g

Ahora realizamos el mismo procedimiento pero a partir de los 100 g de H2.

H2

2 x 1.01 = 2.02 g

Ahora comparamos los resultados:

A partir de 100 g de H2: 60.75 moles NH3

A partir de 100 g de N2: 7.14 moles NH3

El reactivo limitante es el N2, porque a partir de él se obtiene el menor número de moles. Solo resta convertir esa cantidad de moles a gramos, ya que la unidad de la sustancia deseada es gramos.

NH3

N 1 x 14.01 = 14.01

H 3 x 1.01 = 3.03 +

17.04 g

Se producen 121.67 g de NH3

b) ¿Cuál el reactivo limitante y cuál el reactivo en exceso?

Reactivo limitante: N2

Reactivo en exceso: H2

En el momento en que el nitrógeno se consume totalmente la reacción termina, por eso la cantidad de producto depende de éste reactivo.

Para este proceso es más conveniente utilizar exceso de nitrógeno para que el reactivo limitante sea el hidrógeno, ya que el nitrógeno es un reactivo más barato y más fácil de conseguir. En el aire aproximadamente el 78.09% es nitrógeno.

c) Calcule la cantidad de gramos de reactivo en exceso que quedan al final de la reacción

Reaccionan 100 g de N2 (3.57 moles) y parte del hidrógeno queda sin reaccionar. Para encontrar los gramos de hidrógeno que no reaccionan, es necesario calcular cuántos gramos de hidrógeno que reaccionaron con 3.57 moles de nitrógeno. Conviene más utilizar el dato en moles, para poder aplicar en forma directa el factor molar y después convertimos las moles de hidrógeno obtenidas a gramos.

Utilizamos la masa moleculardel H2 calculada anteriormente: 2.02 g, para convertir moles a gramos.

Reaccionaron 21.63 g H2 y la cantidad inicial era de 100 g, por lo tanto restamos para obtener los gramos en exceso de hidrógeno.

100 g – 21.63 g = 78.37 g de hidrógeno en exceso.

La respuesta es:

Quedan 78.37 g de H2 en exceso

Porcentaje de rendimiento.-

Cuando una reacción química se lleva a cabo, son muchos los factores que intervienen, y generalmente la cantidad de producto que se obtiene en forma real es menor que la que se calcula teóricamente. El porcentaje de rendimiento es una relación entre la producción real y la teórica expresada como porcentaje.

El porcentaje de rendimiento depende de cada reacción en particular. Hay reacciones con un alto % de rendimiento y otras donde el rendimiento es relativamente pobre.

Ejemplo

En base a la siguiente ecuación balanceada:

a) ¿Cuántos gramos de NaCl (cloruro de sodio) se obtienen sí reaccionan 20.0 g de NaHCO3 (bicarbonato de sodio) con 17.6 g de HCl (ácido clorhídrico)?

b) ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de la reacción si se obtuvieron realmente 13.9 g de NaCl?

Primero calculamos la producción de cloruro de sodio a partir de 20.0 g del NaHCO3 (bicarbonato de sodio).

NaHCO3

Na 1 x 22.99 = 14.01

H 1 x 1.01 = 1.01

C 1 x 12.01 = 12.01

O 3 x 16.00 = 48.00 +

75.03 g

Ahora calculamos las moles de cloruro de sodio a partir de 17.6 g de HCl.

H 1 x 1.01 = 1.01

Cl 1 x 35.45 = 35.45 +

= 36.46 g

Comparamos nuestros

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