화학량론. 한계 반응물과 과잉 반응물

화학량론. 한계 반응물과 과잉 반응물

 

 

암모니아는 다음의 균형 맞춘 반응식에 의하여 질소와 수소로부터 만들어진다.

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

 

a. 1.00×10^3 g의 N2와 5.00×10^2 g의 H2 혼합물로부터 생성되는 암모니아의 최대 질량은 얼마인가?

b. 반응하지 않고 남아있는 반응물은 어느 것이며, 남는 양은 얼마인가?

 

 

Ammonia is produced from the reaction of nitrogen and hydrogen according to the following balanced equation:

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

 

a. What is the maximum mass of ammonia that can be produced from a mixture of 1.00×10^3 g N2 and 5.00×10^2 g H2?

b. What mass of which starting material would remain unreacted?

 

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N2의 몰질량 = 28 g/mol

1.00×10^3 g의 N2의 몰수를 계산하면,

1.00×10^3 g / (28 g/mol) = 35.7 mol N2

( 참고 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

H2의 몰질량 = 2 g/mol

5.00×10^2 g의 H2의 몰수를 계산하면,

5.00×10^2 g / (2 g/mol) = 250. mol H2

 

 

 

N2 : H2 = 1 : 3 계수비(= 몰수비) 이므로,

35.7 mol N2가 모두 반응하는데 필요한 H2의 몰수를 계산하면,

N2 : H2 = 1 : 3 = 35.7 mol : ? mol

? = 3 × 35.7 = 107. mol H2 ... H2는 이만큼 있다. 반응하고도 남는다.

---> 따라서 N2는 모두 반응한다. 즉 먼저 다 소모된다.

---> N2가 한계 반응물이고, 따라서 생성물의 양을 결정한다.

( 참고: 한계시약 https://ywpop.tistory.com/3318 )

 

 

 

N2 : NH3 = 1 : 2 반응 비이므로,

35.7 mol N2가 모두 반응할 때, 생성되는 NH3의 몰수를 계산하면,

N2 : NH3 = 1 : 2 = 35.7 mol : ? mol

? = 2 × 35.7 = 71.4 mol NH3

 

 

NH3의 몰질량 = 17 g/mol

71.4 mol NH3의 질량을 계산하면,

71.4 mol × (17 g/mol) = 1213.8 g = 1.21×10^3 g NH3

 

 

반응 후 남아있는 H2의 몰수와 질량을 계산하면,

250. mol - 107. mol = 143. mol H2

143. mol × (2 g/mol) = 286. g = 2.86×10^2 g H2