QB: Reactivo limitante y en exceso

Esta unidad no es más que una continuación de la anterior. Teniendo bien claros los conceptos de estequiometría y rendimiento, empecemos a trabajar con los de reactivo limitante y exceso.

Para ver qué diferencia hay entre lo que estudiamos en la unidad anterior y esta, vamos a suponer esta reacción general:

2A + 3B → 4C + D

Un ejercicio de la unidad anterior bien podría ser: "Si tenemos 1 mol de A, ¿cuántos moles de B necesitaré para completar la reacción?"

En esta nueva unidad, una pregunta podría ser: "Si tenemos 3 moles de A y 2 moles de B, ¿cuántos moles de C produciré?"

Mientras que en la anterior, suponíamos que el químico o el fabricante disponía de tanto B como quisiera; en esta nueva unidad no, ahora solo disponemos de 2 moles de B.

Ahora recuperemos el ejemplo de la síntesis del amoniaco:

N2 + 3H2 → 2NH3

Nos dicen que tenemos 2 moles de N2 y 5 moles de H2, y nos preguntan los moles de NH3 que vamos a obtener con esas cantidades de reactivos.

Vemos que:

1 mol de N2 reaccionan con 3 moles de H2 dando 2 moles de NH3
2 moles de N2 reaccionan con 6 moles de H2 dando 4 moles de NH3
3 moles de N2 reaccionan con 9 moles de H2 dando 4 moles de NH3

...

O sea, los 2 moles de N2 que tenemos reaccionarán con 6 moles de H2. Problema, no tengo 6 moles, tengo solo 5. ¿Qué ocurre?

Como no tengo 6 moles, no van a reaccionar todos los 2 moles de N2, o sea, al terminar la reacción, algo de N2 quedará sin reaccionar. Como quedará algo de N2 sin reaccionar, este será el reactivo en exceso.

¿Y qué pasa con el H2? ¿Quedará algo sin reaccionar? No. Todo el H2 reaccionará. Como por culpa de haber menos moles de H2 que los que necesitaba, no he podido hacer reaccionar todo el N2, el H2 es el reactivo limitante.

Así con palabras es difícil. Vamos con la parte matemática:

Centrémonos en el N2. Tenemos 2 moles de N2, ¿cuántos moles de H2 necesitamos para hacer reaccionar todos esos moles?

    1 mol N2                  3 moles H2
____________   =   _______________

2 moles de N2                     x

x = 6 moles de H2

¿Tenemos 6 moles de H2? No.

Ahora en el H2. Tenemos 5 moles de H2, ¿cuántos moles de N2 necesitamos para hacer reaccionar todos esos moles?


    1 mol N2                  3 moles H2
____________   =   _______________

           x                        5 moles de H2

x = 1'67 moles de N2

¿Tenemos 1'67 moles de N2? Sí. Como tenemos 2 moles de N2, más de los que necesitamos, este es el reactivo en exceso. Si tenemos 2, y voy a consumir en la reacción 1'67, me quedarán 0'33 moles de N2 sin reaccionar.

Y de H2, gastamos todo, los 5 moles. Si el otro es el reactivo en exceso, este es el limitante.

[1] Tenemos 5 gramos de H2 y 7 gramos de O2. ¿Cuál es el reactivo en exceso? ¿Cuántos gramos de agua obtendremos?

La reacción es:

2 moles de H2 reaccionan con 1 mol de O2. La pregunta es, ¿cuántos moles tengo de cada reactivo?

moles de H2 = 2'5 moles
moles de O2 = 0'22 moles

Supongamos que queremos hacer reaccionar todo los moles de oxígeno:

2 moles de H2                  1 mol de O2
____________        =     _____________

        x                             0'22 moles de O2

x = 0'44 moles

¿Tengo 0'44 moles de H2? Sí, tengo 2'5 moles, luego me sobrarán 2'5 moles - 0'44 moles = 2'06 moles; luego el H2 es el reactivo en exceso. Luego el O2 es el reactivo limitante, y reaccionarán los 0'22 moles.

Otra manera de verlo, es suponiendo que queramos hacer reaccionar todos los moles de hidrógeno:

2 moles de H2                  1 mol de O2
____________        =     ______________

2'5 moles de H2                         x

x = 1'25 moles de O2

¿Tengo 1'25 moles de O2? No, solo tengo 0'22. Como tengo menos moles de los que necesito,  el O2 reactivo limitante, luego el otro es el que está en exceso. 

Tanto de una manera como de otra, tenemos que:

H2 =exceso (sobran 2'06 moles)
O2 = limitante (reacciona todo, los 0'22 moles)

Una vez sepamos esto, el procedimiento es el que aprendimos en la unidad anterior. Reaccionarán 0'22 moles de O2:

  1 moles de O2               2 moles de H2O
_______________       =     ________________

0'22 moles de O2                         x

x = 0'44 moles de H2O

Luego la masa de agua producida será:

m H2O = 7'92 gramos.


ALGUNOS EJERCICIOS PARA PRACTICAR