home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter7.2c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  12KB  |  298 lines
  1. à 7.2c Limitïg Reagents
  2. ä Please determïe ê limitïg reagent å ê moles or grams ç product ï ê
  3. followïg reactions.
  4. â How many grams ç C╕H╣Br╣ can be prepared from 20. g C╕H╣ å 
  5. 90. g Br╖ via ê reaction C╕H╣ + 2Br╖ ──¥ C╕H╣Br╣.èFirst we fïd ê
  6. limitïg reagent:
  7. è (20.g C╕H╣/40.06g/mol)(1 mol C╕H╣Br╣/1 mol C╕H╣) = 0.50 mol C╕H╣Br╣
  8. è (80.g Br╖/159.8g/mol)(1 mol C╕H╣Br╣/2 mol Br╖) = 0.28 mol C╕H╣Br╣
  9. Br╖ is ê limitïg reagent, because it produces less C╕H╣Br╣.èThe yield
  10. ç C╕H╣Br╣ is (0.28 mol C╕H╣Br╣)(359.7 g/mol) = 101 g C╕H╣Br╣.
  11. éSèThe limitïg reagent controls ê amounts ç ê products that 
  12. form durïg a chemical reaction.èAs an analog, suppose you were makïg
  13. ham å cheese såwiches with two slices ç bread, oneèslice ç ham,
  14. å one slice ç cheese.èHow many såwiches could you make from ten
  15. slices ç bread, four slices ç ham, å five slices ç cheese?èYou have
  16. enough bread å cheese for five såwiches but only enough ham for four
  17. såwiches.èThe ham controls ê outcome ç ê såwich makïg process.
  18. We have an excess amount ç ê bread å ç ê cheese.èYou could make
  19. only four såwiches, å ham is ê limitïg reagent.è
  20.  
  21. Let us return ë a chemical example å revisit ê oxidation ç ammonia.
  22.  
  23.         4NH╕(g) + 5O╖(g) ──¥ 4NO(g) + 6H╖O(g).
  24.  
  25. How many grams ç NO could be produced by ê reaction ç 20.0 g NH╕ å
  26. 30.0 g O╖?
  27.  
  28. There is more than one approach ë ê above problem.èFrom ê wordïg
  29. ç ê question, we recognize this as a limitïg reagent problem because
  30. we are given ê mass ç both reactants.èWe must determïe which react-
  31. ant controls ê extent ç ê reaction.èSome ç ê oêr reactant will
  32. be left over after all ç ê limitïg reagent has reacted.èThe simplest
  33. approach is ë calculate ê number ç moles ç NO obtaïable from both
  34. reactants.èThe smaller number identifies ê limitïg reagent.
  35.  
  36. 1. Fïd ê number ç moles ç NO obtaïable from NH╕.
  37.         èèèèè 1 mol NH╕èè 4 mol NO
  38. è ? mol NO = 20.0 g NH╕ x ─────────── x ───────── =è1.17 mol NO
  39.         èèèèè 17.03 g NH╕è 4 mol NH╕
  40.  
  41. 2. Fïd ê number ç moles ç NO obtaïable from O╖.
  42.         èèèèè1 mol O╖èè 4 mol NO
  43. è ? mol NO = 30.0 g O╖ x ────────── x ──────── = 0.750 mol NO
  44.         èèèèè32.00 g O╖è 5 mol O╖
  45.  
  46. These calculations show that O╖ is ê limitïg reagent.èAfter 0.750 mol
  47. ç NO forms, all ç ê O╖ has reacted å ê net formation ç NO sëps.
  48. The yield ç NO ï grams is based on ê smaller amount ç moles.
  49.  
  50. è         èèèèè 30.01 g NO
  51. è ? g NO = 0.750 mol NO x ────────── =è22.5 g NO
  52.         èèèèèè1 mol NO
  53.  
  54. The êoretical yield ç NO is 22.5 grams.èThis is called ê êoret-
  55. ical yield, because it assumes that no oêr reactions occur between O╖
  56. å NH╕.èAn unfortunate fact ç life is that frequently oêr less im-
  57. portant reactions between ê reactants do occur.
  58.  
  59. We can also calculate how much NH╕ reacted å how much NO is left know-
  60. ïg that O╖ is ê limitïg reagent.
  61.  
  62.         èè 1 mol O╖èè 4 mol NH╕è 17.03 g NH╕
  63. ?g NH╕ = 30.0 g O╖ x ────────── x ───────── x ─────────── =è12.8 g NH╕
  64.          èè 32.00 g O╖è 5 mol O╖èè1 mol NH╕
  65.  
  66. This last calculation shows that 12.8 grams ç NH╕ react with 30.0 g O╖
  67. å that 20.0 - 12.8 = 7.2 g ç NH╕ will be left after ê oxygen is
  68. gone.èThe NH╕ is called ê reagent ï excess.
  69.  
  70. We started with 20.0 grams ç NH╕ å 30.0 grams ç O╖.èIf ê reaction
  71. goes ë completion as we have assumed, ên ê fïal mixture should
  72. contaï 7.2 g NH╕, 22.5 g NO, å 20.3 g H╖O.
  73.  1èHow many moles ç C╖H╖Cl╣ can be obtaïed from ê reaction
  74. between 0.42 mol C╖H╖ å 0.76 mol Cl╖?èThe reaction is
  75.         C╖H╖(g) + 2Cl╖(g) ──¥ C╖H╖Cl╣(l).
  76.  
  77.     A) 1.18 mol C╖H╖Cl╣    B) 1.94 mol C╖H╖Cl╣
  78.  
  79.     C) 0.38 mol C╖H╖Cl╣    D) 0.42 mol C╖H╖Cl╣
  80. üèThe êoretical yield ç C╖H╖Cl╣ from C╖H╖ is
  81.  
  82.                 1 mol C╖H╖Cl╣
  83. ? mol C╖H╖Cl╣ = 0.42 mol C╖H╖ x ───────────── = 0.42 mol C╖H╖Cl╣
  84.                 1 mol C╖H╖
  85.  
  86. The êoretical yield ç C╖H╖Cl╣ from Cl╖ is
  87.  
  88.             èèè 1 mol C╖H╖Cl╣
  89. ? mol C╖H╖Cl╣ = 0.76 mol Cl╖ x ───────────── = 0.38 mol C╖H╖Cl╣
  90.             èèè 2 mol Cl╖
  91.  
  92. The êoretical yield is 0.38 mol C╖H╖Cl╣ because it is not possible ë
  93. form more than ê smaller amount.èThe chlorïe, Cl╖, is ê limitïg
  94. reagent; å ê acetylene, C╖H╖, is present ï excess.
  95. Ç C
  96.  2èHow many grams ç NH╕ could be obtaïed from ê reaction ç
  97. 50.0 g Mg╕N╖ å 50.0 g H╖O?èThe reaction is
  98.     èèèMg╕N╖(s) + 6H╖O(l) ──¥ 3Mg(OH)╖(s) + 2NH╕(g).
  99.  
  100.     A) 16.9 g NH╕        B) 100. g NH╕
  101.  
  102.     C) 15.8 g NH╕        D) 47.3 g NH╕
  103. üèFirst, we determïe ê limitïg reagent by calculatïg ê moles
  104. ç NH╕ from each reactant.
  105.             è 1 mol Mg╕N╖    èè2 mol NH╕
  106. ? mol NH╕ = 50.0 g Mg╕N╖ x ────────────── x ─────────── = 0.991 mol NH╕
  107. from Mg╕N╖èèèèèèèè 100.95 g Mg╕N╖è 1 mol Mg╕N╖
  108.  
  109.              1 mol H╖Oèè 2 mol NH╕
  110. ? mol NH╕ = 50.0 g H╖O x ─────────── x ───────── = 0.925 mol NH╕
  111. from H╖O         18.02 g H╖Oè 6 mol H╖O
  112.  
  113. Water is ê limitïg reagent because it will not be possible ë form 
  114. more than 0.925 mol NH╕.èThe yield ç ammonia is
  115.             è17.03 g NH╕
  116. ? g NH╕ = 0.925 mol NH╕ x ─────────── = 15.8 g NH╕.
  117.             è 1 mol NH╕
  118. Ç C
  119.  3èHow many grams ç B╖H╗ could be obtaïed from ê reaction ç
  120. 5.00 g LiAlH╣ å 10.0 g BF╕?èThe reaction is
  121.         3LiAlH╣ + 4BF╕ ──¥ 2B╖H╗ + 3LiAlF╣.
  122.  
  123.     A) 2.43 g B╖H╗        B) 2.04 g B╖H╗
  124.  
  125.     C) 3.52 g B╖H╗        D) 1.78 g B╖H╗
  126. üèFirst, we determïe ê limitïg reagent by calculatïg ê moles
  127. ç B╖H╗ from each reactant.
  128.             èè 1 mol LiAlH╣èè 2 mol B╖H╗
  129. ? mol B╖H╗ = 5.00 g LiAlH╣ x ────────────── x ──────────── = 0.263 mol
  130. from LiAlH╣èèèèèèèèè37.95 g LiAlH╣è 3 mol LiAlH╣èèèè B╖H╗
  131.  
  132.             è1 mol BF╕èè 2 mol B╖H╗
  133. ? mol B╖H╗ = 10.0 g BF╕ x ─────────── x ────────── = 0.0738 mol B╖H╗
  134. from BF╕        è67.78 g BF╕è 4 mol BF╕
  135.  
  136. BF╕ is ê limitïg reagent because it will not be possible ë form more
  137. than 0.0738 mol B╖H╗.èThe yield ç diborane, B╖H╗, is
  138.             èè 27.67 g B╖H╗
  139. ? g B╖H╗ = 0.0738 mol B╖H╗ x ────────────è= 2.04 g B╖H╗
  140.             èè 1 mol B╖H╗
  141. Ç B
  142.  4èWhat is ê limitïg reagent when 0.298 g C╖H║OH reacts with
  143. 0.175 g K╖Cr╖O╝ ï ê presence ç excess H╖SO╣?èThe reaction is:
  144.  
  145.  3C╖H║OH + 2K╖Cr╖O╝ + 8H╖SO╣ ──¥ 3HC╖H╕O╖ + 2Cr╖(SO╣)╕ + 2K╖SO╣ + 11H╖O.
  146.  
  147. A) C╖H║OH    B) K╖Cr╖O╝    C) HC╖H╕O╖    D) Cr╖(SO╣)╕
  148. ü In order ë fïd ê limitïg reagent, we eiêr calculate how
  149. much C╖H║OH will react with ê K╖Cr╖O╝ or vice-versa.èLet's fïd out 
  150. how much K╖Cr╖O╝ will react with ê 0.298 g C╖H║OH.
  151.  
  152. ? g K╖Cr╖O╝ =
  153.         è1 mol C╖H║OHèè2 mol K╖Cr╖O╝è 294.2 g K╖Cr╖O╝
  154.  0.298 g C╖H║OH x ───────────── x ───────────── x ───────────────
  155.         è46.07g C╖H║OHè 3 mol C╖H║OHèè1 mol K╖Cr╖O╝
  156.  
  157. ? g K╖Cr╖O╝ = 1.27 g K╖Cr╖O╝
  158.  
  159. The 0.298 g ç C╖H║OH requires 1.27 g ç K╖Cr╖O╝.èThere is only 0.175 g
  160. ç K╖Cr╖O╝, so K╖Cr╖O╝ is ê limitïg reagent.
  161. Ç B
  162.  5èHow many grams ç hydrogen would form ï ê reaction ç
  163. 3.00 g Al with 0.228 mol HCl?èThe reaction is:
  164.         2Al(s) + 6HCl(aq) ──¥ 2AlCl╕(aq) + 3H╖(g).
  165.  
  166.     A) 6.30x10úÄ g H╖    B) 0.335 g H╖
  167.  
  168.     C) 1.02 g H╖        D) 0.230 g H╖
  169. üèFirst, we determïe ê limitïg reagent by calculatïg ê moles
  170. ç H╖ from each reactant.
  171.         èèè 1 mol Alèè 3 mol H╖
  172. ? mol H╖ = 3.00 g Al x ────────── x ──────── = 0.166 mol H╖
  173. from Alèèèèèèèè26.98 g Alè 2 mol Al
  174.  
  175.             è 3 mol H╖
  176. ? mol H╖ = 0.228 mol HCl x ───────── =è0.114 mol H╖
  177. from HCl        è 6 mol HCl
  178.  
  179. Sïce ê HCl form ê smaller amount ç H╖, ê HCl is ê limitïg
  180. reagent.èThe amount ç hydrogen is based on ê moles ç H╖ from ê
  181. HCl.
  182. ? g H╖ = 0.114 mol H╖ x 2.016 g H╖/mol H╖è= 0.230 g H╖
  183. Ç D
  184.  6èHow many grams ç phosphorous, P╣, can be obtaïed from ê 
  185. reaction ç 500. g Ca╕(PO╣)╖, 300. g SiO╖, å excess C via ê reaction
  186. è2Ca╕(PO╣)╖(s) + 6SiO╖(s) + 10C(s) ──¥ 6CaSiO╕(s) + 10CO(g) + P╣(s)?
  187.  
  188.     A) 99.8 g P╣        B) 200. g P╣
  189.  
  190.     C) 103 g P╣        D) 618 g P╣
  191. üèWe begï by fïdïg ê limitïg reagent, which is eiêr SiO╖ or
  192. Ca╕(PO╣)╖, by calculatïg ê moles ç P╣ obtaïable from both reactants.
  193.                 è1 mol Ca╕(PO╣)╖èèè1 mol P╣
  194. ?mol P╣ from = 500. g Ca╕(PO╣)╖ x ────────────────── x ───────────────
  195.  Ca╕(PO╣)╖            è310.18 g Ca╕(PO╣)╖è 2 mol Ca╕(PO╣)╖
  196.  
  197. ?mol P╣ from = 0.806 mol P╣
  198.  Ca╕(PO╣)╖
  199.             èèè1 mol SiO╖èè 1 mol P╣
  200. ? mol P╣ from = 300. g SiO╖ x ──────────── x ────────── = 0.832 mol P╣
  201.             èèè60.09 g SiO╖è 6 mol SiO╖
  202. The limitïg reagent is Ca╕(PO╣)╖ because only 0.804 mol P╣ can be made
  203. from it.èThe yield ç P╣ is
  204.  
  205. ? g P╣ = 0.806 mol P╣ x 123.88 g P╣/mol P╣ = 99.8 g P╣
  206. Ç A
  207.  7èHow many grams ç C╗H╣(NO╖)╖ can be made from 15.0 g C╗H╗ å
  208.  
  209. 40.0 g HNO╕ via ê reaction, C╗H╗ + 2HNO╕ ──¥ C╗H╣(NO╖)╖+ H╖O?
  210.  
  211.     A) 6.94 g C╗H╣(NO╖)╖        B) 53.4 g C╗H╣(NO╖)╖
  212.  
  213.     C) 30.0 g C╗H╣(NO╖)╖        D) 32.3 g C╗H╣(NO╖)╖
  214. ü    You need ë fïd ê limitïg reagent by determïïg ê moles ç
  215. product from each reactant.
  216.             èèè 1 mol C╗H╗è1 mol C╗H╣(NO╖)╖
  217. ?mol C╗H╣(NO╖)╖ = 15.0g C╗H╗ x ───────────x──────────────── = 0.192 mol
  218. from C╗H╗        èèè 78.11g C╗H╗è1 mol C╗H╗èèèè C╗H╣(NO╖)╖ 
  219.  
  220.             èèè 1 mol HNO╕è1 mol C╗H╣(NO╖)╖
  221. ?mol C╗H╣(NO╖)╖ = 40.0g HNO╕ x ───────────x──────────────── = 0.317 mol
  222. from HNO╕        èèè 63.02g HNO╕è2 mol HNO╕èèèè C╗H╣(NO╖)╖
  223.  
  224. The C╗H╗ is ê limitïg reagent sïce it produces ê smaller amount ç
  225. product å would be depleted first.èThe yield ç C╗H╣(NO╖)╖ is
  226.             èèèèèèè 168.11 g C╗H╣(NO╖)╖
  227. ?g C╗H╣(NO╖)╖ = 0.192 mol C╗H╣(NO╖)╖ x ─────────────────── = 32.3 g
  228.                 èèèè1 mol C╗H╣(NO╖)╖èèè C╗H╣(NO╖)╖
  229. Ç D
  230.  8èHow many grams ç C╗H║NH╖ can be obtaïed from 10.0 g C╗H║NO╖
  231. å 30.0 g SnCl╖ ï ê presence ç excess HCl via ê reaction,
  232.     C╗H║NO╖ + 3SnCl╖ + 6HCl ──¥ C╗H║NH╖ + 3SnCl╣ + 2H╖O?
  233.  
  234.     A) 4.91 g C╗H║NH╖    B) 13.2 g C╗H║NH╖
  235.  
  236.     C) 1.64 g C╗H║NH╖    D) 20.4 g C╗H║NH╖
  237. üèWe begï by fïdïg ê limitïg reagent.èWhich compound will be
  238. exhausted first?
  239.             èèè1 mol C╗H║NO╖èè1 mol C╗H║NH╖
  240. ?mol C╗H║NH╖ = 10.0g C╗H║NO╖ x────────────────x───────────── = 0.0812 mol
  241. from C╗H║NO╖        èèè123.11 g C╗H║NO╖ 1 mol C╗H║NO╖èè C╗H║NH╖
  242.  
  243.             èè 1 mol SnCl╖èè 1 mol C╗H║NH╖
  244. ? mol C╗H║NH╖ = 30.0g SnCl╖ x───────────── x ───────────── = 0.0527 mol
  245. from SnCl╖        èè 189.6 g SnCl╖è 3 mol SnCl╖èèèè C╗H║NH╖
  246.  
  247. The limitïg reagent is SnCl╖, because all ç it will have reacted when
  248. 0.0527 mol ç C╗H║NH╖ has formed.èThe yield ç C╗H║NH╖ would be
  249.                  èè93.13 g C╗H║NH╖
  250. ? g C╗H║NH╖è= 0.0527 mol C╗H║NH╖ x ──────────────── =è4.91 g C╗H║NH╖
  251.                 èè 1 mol C╗H║NH╖
  252. Ç A
  253.  9èHow many grams ç I╖ will be formed from ê reaction between
  254. 5.00 g HNO╖, 3.00 g KI, å excess HCl?èThe reaction is
  255.     èè 2HNO╖ + 6KI + 6HCl ──¥ 3I╖ + N╖ + 6KCl + 4H╖O.è
  256.  
  257.         A) 2.70 g I╖        B) 2.29 g I╖
  258.  
  259.         C) 4.59 g I╖        D) 4.05 g I╖
  260. üèYou must determïe wheêr HNO╖ or KI is ê limitïg reagent.
  261. You can calculate how many moles ç I╖ are possible from each compound.
  262.             èè1 mol HNO╖èè 3 mol I╖
  263. ? mol I╖èè= 5.00 g HNO╖ x ──────────── x ────────── = 0.160 mol I╖
  264. èfrom HNO╖        èè47.02 g HNO╖è 2 mol HNO╖
  265.  
  266.             1 mol KIèè 3 mol I╖
  267. ? mol I╖è= 3.00 g KI x ────────── x ──────── = 9.04x10úÄ mol I╖
  268. èfrom KI        166.0 g KIè 6 mol KI
  269.  
  270. We have determïed that KI is ê limitïg reagent,because it forms ê
  271. smaller amount ç I╖.èThe amount ç I╖ that would be formed is
  272.             èè253.8 g I╖
  273. ? g I╖ = 9.04x10úÄ mol I╖ x ────────── = 2.29 g I╖
  274.             èè 1 mol I╖
  275. Ç B
  276.  10èWhich compound is ê limitïg reagent when 25.0 g CH╕OH,
  277. methanol, reacts with 35.0 g O╖ accordïg ë ê reaction,
  278.  
  279.     èè2CH╕OH(g) + 3O╖(g) ──¥ 2CO╖(g) + 4H╖O(l)?
  280.  
  281.     èèA) CH╕OHèè B) O╖èè C)CO╖èè D) H╖O
  282. ü The limitïg reagent must be one ç ê reactants, eiêr CH╕OH
  283. or O╖.èWe can fïd out eiêr how much CH╕OH will react with ê 35.0 g
  284. ç O╖, or how much O╖ will react with ê 25.0 g ç CH╕OH.èLet's look
  285. at ê second choice.
  286.             1 mol CH╕OHèè 3 mol O╖èèè32.00 g O╖
  287. ? g O╖ = 25.0 g CH╕OH x ───────────── x ─────────── x ────────── 
  288.             32.04 g CH╕OHè 2 mol CH╕OHè 1 mol O╖
  289.  
  290. ? g O╖ = 37.5 g O╖
  291.  
  292. This calculation shows that 37.5 g ç oxygen is needed ë react ê
  293. 35.0 g ç CH╕OH.èWe only have 35.0 g ç O╖ so êre is not enough O╖.
  294. Oxygen, O╖, is ê limitïg reagent.
  295. Ç B
  296.  
  297.  
  298.