Begränsande reaktant, reaktionsformel i två steg
Jag skulle hjälpa en elev med en uppgift, och känner mig rätt säker på att jag själv gjort rätt, men facit har en avvikande åsikt. Här är uppgiften:
"Tetrafenyltenn (C6H5)4Sn framställs enligt nedanstående reaktionsformler. Hur mycket tetrafenyltenn kan teoretiskt erhållas vid en syntes där utgångsämnena är 35 g C6H5Cl, 15 g natrium samt 22 g SnCl4?"
2 Na + C6H5Cl —> C6H5Na + NaCl
4 C6H5Na + SnCl4 —> (C6H5)4Sn + 4 NaCl
Massorna som ges (med två värdesiffror) motsvarar substansmängderna
n(Na) = m/M = 15/23 = 0,652 mol
n(C6H5Cl) = m/M = 35/(6·12 + 5·1 + 35,5) = 0,311 mol
n(SnCl4) = m/M = 22/(119+4·35,5) = 0,0843 mol
Min första tanke var att se hur mycket C6H5Na som kan bildas i den första reaktionen. Vi behöver hälften så många mol av C6H5Cl som substansmängden natrium för att det ska gå jämnt ut, dvs vi behöver 0,652/2 = 0,326 mol. Men vi har bara 0,311 mol, så det är C6H5Cl som är begränsande reaktant i den första reaktionen.
Omvänt (för att dubbelkolla) behöver 0,311 mol C6H5Cl dubbelt så stor substansmängd, dvs 0,622 mol Na, för att det ska gå jämnt upp. Och det finns ju mer än så.
Förhållandet C6H5Cl : C6H5Na är 1 : 1, så vi kan bilda 0,311 mol C6H5Cl i den första reaktionen.
Det ämnet används sedan i den andra reaktionen, där vi behöver 1/4 så stor substansmängd av SnCl4 för att det ska gå jämnt upp.
0,311/4 = 0,07775 mol, och vi har ju 0,0843 mol, så i reaktion två är det vårt bildade C6H5Na som är begränsande reaktant. Alltså hade vi fått samma resultat med 150 g Na och 220 g SnCl4, eftersom de båda finns i överflöd.
Nästa steg är att se att den önskade produkten (C6H5)4Sn kommer ha 1/4 så stor substansmängd som den C6H5Na vi tillförde till reaktionen. 0,311 mol/4 = 0,07775 mol.
Sista steget är att beräkna massan, vilket blir m = n · M = 0,07775 · (24 · 12 + 20 · 1 + 119) = 33,2 g.
Facit menar att rätt svar är 34,8 g, vilket motsvarar 0,0815 mol. Det skulle vara rätt svar om det var natrium som var begränsande reaktant.
------
Mitt andra sätt att tackla problemet var att sätta ihop reaktionsformlerna till en enda.
Eftersom vi kommer behöva "fyra stycken" av en av produkterna från den första formeln så multiplicerar jag alla koefficienter med fyra, och sätter in i reaktionsformel två:
8 Na + 4 C6H5Cl + SnCl4 –> (C6H5)4Sn + 8 NaCl
De relevanta ämnenas molförhållanden är
8 : 4 : 1 : 1
Den här metoden ger (förstås) samma svar: vår begränsande reaktant C6H5Cl skulle behöva 0,311 · 2 = 0,622 mol Na, vilket motsvarar m = n · M = 0,622 · 23 = 14,3 g. Vi har mer än så.
Om facit har rätt, och 15 g natrium är det som begränsar det teoretiska utbytet, skulle vi behöva minst 0,652/2 = 0,326 mol C6H5Cl, vilket skulle ha en massa av
m = n · M = 0,326 · (6 ·12 + 5 · 1 + 35,5) = 36,68 g.
Vi har bara 35 g av det ämnet, så jag kan inte begripa hur natrium skulle kunna vara begränsande reaktant.
Du ser ut att ha räknat helt rätt, så det är nog något knas med siffrorna, i uppgiften (t.ex. för låg massa för klorobensen) eller massan i facit.