4.3.5. Розрахунки маси (обсягу, кількості речовини) продуктів реакції, якщо одне з речовин дано надлишку (має домішки).

Дуже часто при проведенні реакції між речовинами виявляється, що один реагент повністю прореагував, а інший ні. У такому разі кажуть, що речовина, яка повністю витрачена, була в нестачі, а та речовина, яка залишилася – надміру. Оскільки надлишок реагенту не бере участі в реакції, кількість продукту залежить тільки від кількості речовини, яка була в нестачі.

Припустимо, що здійснюється реакція між речовинами А і В, яка протікає відповідно до рівняння:

Для здійснення цієї реакції було взято кількість речовини A, що дорівнює n_A, та кількість речовини B, що дорівнює n_B. Визначити те, яка речовина в надлишку, а яка в нестачі, можна порівнявши вирази:

Залежно від того, який вираз виявиться меншим, то речовина відповідно і буде в нестачі.

Примітка: поширеною помилкою є те, що замість виразів (1) просто порівнюють кількості речовин. Тож робити категорично не допускається! Якщо n(A) > n(B), це ще отже, що речовина A у надлишку!

Після того, як буде встановлено те, яка речовина була в нестачі, розрахунки ведуться за кількістю аналогічно розглянутим у розділі 4.3.3.

Приклад завдання надлишок і недолік

Нагріли суміш 54 г алюмінію та 80 г сірки. Обчисліть масу сульфіду алюмінію, що утворився.

Рішення

Запишемо рівняння реакції:

Розрахуємо кількості речовин алюмінію та сірки:

n(Al) = m(Al)/M(Al) = 54/27 = 2 моль;

n(S) = m(S)/M(S) = 80/32 = 2,5 моль

Для того щоб з'ясувати, яку з вихідних речовин у недоліку, розділимо кількості молей речовин на коефіцієнти перед цими речовинами в рівнянні та порівняємо розраховані вирази:

Значить сірка в нестачі. Розрахунки далі ведемо за кількістю речовини сірки.

Виходячи з рівняння реакції

слід, що кількість сірки, що прореагувала, і утвореного в результаті реакції сульфіду алюмінію пов'язані виразом:

де 3 та 1 – коефіцієнти перед S та Al₂S₃ відповідно. Звідси:

Отже, маса сульфіду алюмінію дорівнюватиме:

У разі, якщо в задачі дається маса реагенту, що містить домішки (m_{р-ту з прим.}), перш за все слід розрахувати масу чистого реагенту без домішок (m_р-та ). Якщо дається маса реагенту з домішками і зазначена масова частка цього реагенту_р-та , То маса чистого реагенту розраховується за формулою:

Якщо замість масової частки чистої речовини дається масова частка домішок, то враховуючи, що:

ми можемо записати, що:

Приклад завдання розрахунок кількості продукту, знаючи масу реагенту з домішками

Який обсяг вуглекислого газу (н.у.) виділиться при дії надлишку соляної кислоти на технічний карбонат кальцію масою 150 г, що містить 10% некарбонатних домішок.

Рішення:

Запишемо рівняння взаємодії карбонату кальцію із соляною кислотою:

Масова частка домішок у технічному карбонаті кальцію становить 10%, отже масова частка чистого карбонату кальцію складатиме:

ω(CaCO₃) = 100% - ω (прим.) = 100% - 10% = 90%.

Маса чистого карбонату кальцію дорівнюватиме:

m(CaCO₃) = ω(CaCO₃) ∙ m(CaCO₃ техн.)/100% = 90% ∙ 150 г/100% = 135 г,

Отже, кількість речовини карбонату кальцію дорівнює:

n(CaCO₃) = m(CaCO₃)/M(CaCO₃) = 135 г / 100 г/моль = 1,35 моль

Відповідно до рівняння реакції:

Кількості речовин карбонату кальцію та вуглекислого газу рівні (однакові коефіцієнти в рівнянні), отже:

Тоді, знаючи, що одна моль будь-якого газу за нормальних умов займає об'єм 22,4 л, ми можемо розрахувати об'єм CO, що виділився.₂:

V(CO₂) = n(CO₂) ∙ V_m = 1,35 моль ∙ 22,4 л/моль = 30,24 л