制限試薬

反応物質が同じ化学量論的比率にない化学反応では、そのうちの 1 つが完全に消費され、反応から生じる生成物の量が制限されるため、 制限反応物質 と呼ばれます。

次の状況を考えてみましょう。

家具を組み立てるには、5 つの引き出しと 1 つのドアが必要です。引き出しが 300 個、扉が 90 個ある場合、家具は何個組み立てられるでしょうか。

300 : 5 = 家具 60 個

各家具に必要な扉は 1 つだけであることを考慮すると、家具を組み立てるときに必要な扉は 60 枚だけになり、以前にあった引き出しは 30 個残ります (90 – 60 = 30)。家具の製造ではすべての引き出しが使用されますが、すべてのドアが使用されるわけではないことに注意してください。したがって、使用可能な引き出しがなくなると生産が終了するため、引き出しの数が制限要因であると結論付けることができます。

これと似たようなことが化学反応でも起こります。例を参照してください。

硫酸 147 g と 水酸化ナトリウム 100 g を混合し、下式に従って反応させるとき、反応の制限反応物質となるのはどの物質ですか?原子質量を考えると: H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32)。

H ₂ SO ₄ + 2 NaOH –> Na ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

まず、ステートメントで言及されている 147 g の硫酸 (H ₂ SO ₄ ) と反応する NaOH の質量を計算します。

H ₂ SO ₄ + 2 NaOH –> Na ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

1 mol _H2SO4 = ₉₈ g
1 mol NaOH = 40 g

98g ——- 2． 40g
147g ——-x

x = 120 gのNaOH

我々は 120 g の NaOH という結果に達しましたが、この記述は、硫酸と反応するこの物質は 100 g しかないことを示しています。したがって、NaOH は最初に消費される反応物であり、反応を終了させ、生成される生成物の量を決定するため、 反応の制限反応物 となります。

この証拠として、計算する物質を変更して、問題文で述べた 100g の NaOH と反応する H ₂ SO ₄ の量を確認します。

H ₂ SO ₄ + 2 NaOH –> Na ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

98g —– 2． 40g
y —– 100g

y = 122.5 gのH ₂ SO ₄

この計算により、H ₂ SO ₄ が 122.5 g という結果が得られました。これは、利用可能な物質が 147 g あるため、通常は起こり得ることです。この反応における 硫酸は 過剰な反応物であり、硫酸が発生すると、122.5 g が使用され、まだ 24.5 g の物質が残ります。もう一度、水酸化ナトリウムが反応の制限反応物であることがわかります。

プルーストの法則に従って、反応物の割合が定義されていない、または一定ではない場合、常に制限反応物 (および過剰反応物も) が存在することを強調することが重要です。たとえば、水 H ₂ O を生成する反応は、1 モルの O ₂ に対して 2 モルの H ₂ の割合で起こります。したがって、これと同じ反応がこれとは異なる割合で発生する場合、反応物質が制限されることになります。

_2H2 + _O2 –> _2H2O

一方、すべての反応物質の量が定義された割合にある場合、すべての反応物質には制限があります。

参照：
フェルトレ、リカルド。化学 1. サンパウロ: モデルナ、2005。