Cálculo de reactivo limitante y exceso en reacciones químicas

Ejercicio 1

Sea la siguiente reacción: CH₃OH + CH₃Br + LiC₄H₉ → CH₃OCH₃ + LiBr + C₄H₁₀

Si están presentes 100 gramos de cada uno de los reactivos, calcular cuál es el limitante y la cantidad sobrante del resto.

Los pesos moleculares del CH₃OH, CH₃Br y LiC₄H₉ son 32,04, 94,94 y 64,06 gramos/mol respectivamente

Solución

En este caso, al haber 3 reactivos no podemos aplicar el método propuesto anteriormente sino que tenemos que calcular con cuál reactivo se produce menos cantidad de uno cualquiera de los productos.

Para ello empezamos calculando la cantidad de moles de cada uno de los reactivos:

• moles CH₃OH = 100 gramos / 32,04 gramos · mol^-1 = 3,12 moles
• moles CH₃Br = 100 gramos / 94,94 gramos · mol^-1 = 1,05 moles
• moles LiC₄H₉ = 100 gramos / 64,06 gramos · mol^-1 = 1,56 moles

Como las cantidades estequiométricas de los reactivos necesarias para producir los productos son 1 en todos los casos, entonces el reactivo en menor cantidad es el reactivo limitante. Por lo tanto el CH₃Br es el reactivo limitante.

Ahora calculamos las cantidades sobrantes en moles:

• exceso de CH₃OH = 3,12 -1,05 = 2,07 moles
• exceso de LiC₄H₉ = 3,12 -1,56 = 1,56 moles

En peso las cantidades sobrantes son por lo tanto:

• exceso de CH₃OH = 2,07 moles · 32,04 gramos · mol^-1 = 66,32 gramos
• exceso de LiC₄H₉ = 1,56 moles · 64,06 gramos · mol^-1 = 99,93 gramos

Ejercicio 2

Sea la siguiente reacción: 2 Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2 Fe

Si están presentes 100 gramos de cada uno de los reactivos, calcular cuál es el limitante, la cantidad sobrante del resto de reactivos y la cantidad de Al₂O₃ generada.

Los pesos moleculares del Al, Fe₂O₃ y Al₂O₃ son 26,98, 159,69 y 101,96 gramos/mol respectivamente

Solución

Empezamos calculando la cantidad de moles de cada uno de los reactivos:

• moles Al = 100 gramos / 26,98 gramos · mol^-1 = 3,71 moles
• moles Fe₂O₃ = 100 gramos / 159,69 gramos · mol^-1 = 0,62 moles

Calculamos ahora cual es el reactivo limitante:

• b · moles de X = 1 · 3,71 = 3,71
• a · moles de Y = 2 · 0,62 = 1,24

Como b · moles X > a · moles Y → Y es el reactivo limitante, es decir el Fe₂O₃

Calculamos ahora la cantidad de Al que reaccionará:

• moles de Al que reaccionan = moles de Fe₂O₃ · (1/2) = 1,24· (2/1) = 2,48 moles

Por lo tanto la cantidad sobrante de Al será:

• moles de Al que sobran = 3,71 - 2,48 = 1,23 moles
• peso de Al que sobra = 1,23 moles ·26,98 gramos · mol^-1 = 33,18 gramos

Calculamos ahora la cantidad de Al₂O₃ generada:

• moles de Al₂O₃ producidos = moles de Fe₂O₃ · (1/1) = 1,24 · 1 = 1,24 moles
• peso de Al₂O₃ producido = 1,24 moles · 101,96 gramos · mol^-1 = 126,43 gramos

Ejemplo 2

Sea la reacción de síntesis de la urea: 2 NH₃ + CO₂ → (NH₂)₂CO + H₂O

Si tenemos 500 gramos de NH₃ y 1000 gramos de CO₂ calcular cuál es el reactivo limitante y la cantidad de urea producida.

Los pesos moleculares del NH₃, CO₂ y (NH₂)₂CO son 17,03, 44,01 y 60,06 gramos/mol

Solución:

Calculamos en primer lugar cuántos moles hay de cada reactivo:

moles NH₃ = 500 gramos / 17,03 gramos · mol^-1 = 29,36 moles
moles CO₂ = 1000 gramos / 44,01 gramos · mol^-1 = 22,72 moles

Calculamos ahora cual es el reactivo limitante:

b · moles de X = 1 · 29,36 = 29,36
a · moles de Y = 2 · 22,72 = 45,44

Como b · moles X < a · moles Y → X es el reactivo limitante, es decir el NH₃

Por último calculamos la cantidad de urea producida teniendo en cuenta el reactivo limitante:

moles de urea producidos = moles de NH₃ · (1/2) = 29,36 · (1/2) = 14,68 moles
Peso urea = moles · peso molecular = 14,68 · 60,06 = 881,68 gramos