Annat utbyte än 100%
Falu rödfärg
Falu rödfärg är en uppslamning av järn(III)oxid, Fe2O3.
Oxiden framställs genom kraftig upphettning av järnsulfat, FeSO4.
FeSO4(s) → Fe2O3 + SO2(g) + SO3(g)
Balanseras:
2FeSO4(s) → Fe2O3 + SO2(g) + SO3(g)
Hur många g järnsulfat måste vi utgå ifrån om vi vill framställa 25 kg järnoxid, och utbytet är 72%?
Lösning:
Vi ser från reaktionsformeln att förhållandet \(n_{\text{FeSO}_4}:n_{\text{Fe}_2\text{O}_3} = 2:1\), d.v.s.
\(\frac {n_{\text{FeSO}_4}}{n_{\text{Fe}_2\text{O}_3}} = \frac {2}{1}\)
Först räknar vi ut hur stor substansmängd Fe2O3 som ska framställas:
\(n_{\text{Fe}_2\text{O}_3} = \frac {m_{\text{Fe}_2\text{O}_3}}{M_{\text{Fe}_2\text{O}_3}} = \frac {25000\text{g}}{160\text{g/mol}} = 156,25\text{mol}\)
Därefter beräknar vi hur stor substansmängd FeSO4 som behövs. Nu tar vi hänsyn till förhållandet \(n_{\text{FeSO}_4}:n_{\text{Fe}_2\text{O}_3}\):
\(n_{\text{FeSO}_4} = 2 n_{\text{Fe}_2\text{O}_3} = 312,5\text{mol}\)
Eftersom vi nu vet hur stor substansmängd FeSO4 som går åt, kan vi också räkna ut massan:
\(m_{\text{FeSO}_4} = n_{\text{FeSO}_4} \cdot M_{\text{FeSO}_4} = 312,5\text{mol} \cdot 152\text{g/mol} = 47500\text{g}\)
Det behövs alltså 47,5 kg järnsulfat för att tillverka 25 kg järn(III)oxid. Men detta gäller bara om utbytet är 100%! Nu är det alltså 72%. Vi antar att det behövs x g FeSO4 och att 72% av detta alltså omvandlas till Fe2O3.
\(0,72x = 47500\text{g} \Leftrightarrow x = \frac {47500\text{g}}{0,72} = 65972,222\text{g} \approx 66\text{kg}\)
En reaktant i överskott
Vi blandar vattenlösningar med silvernitrat, AgNO3, och bariumklorid, BaCl2. Fast silverklorid, AgCl, bildas. Vi blandar 50,0 cm3 av två lösningar, som är vardera 0,040 M av de båda ämnena. Hur stor massa silverklorid bildas?
Lösning:
2AgNO3(aq) + BaCl2(aq) → 2AgCl(s) + Ba(NO3)2(aq)
Vi börjar med att beräkna substansmängderna silvernitrat och bariumklorid:
\(n_{\text{AgNO}_3} = V \cdot c = 0,050\text{dm}^3 \cdot 0,040\text{mol/dm}^3 = 0,020\text{mol}\)
\(n_{\text{BaCl}_2} = V \cdot c = 0,050\text{dm}^3 \cdot 0,040\text{mol/dm}^3 = 0,020\text{mol}\)
Nu tittar vi på reaktionsformeln, och på mängdförhållandet \(n_{\mathrm{AgNO}_3}:n_{\mathrm{BaCl}_2}\):
\(\frac {n_{\text{AgNO}_3}}{n_{\text{BaCl}_2}} = \frac {2}{1}\)
Det behövs alltså dubbelt så mycket AgNO3 som BaCl2 för att reaktionen ska "gå jämnt upp". Men vi har inte så mycket AgNO3 i vårt försök! Alltså kommer silvernitraten att ta slut först – mängden silvernitrat är begränsande.
- Att silvernitraten är begränsande betyder att det är mängden silvernitrat som bestämmer hur mycket silverklorid som bildas.
I reaktionsformeln ser vi att \(n_{\text{AgNO}_3}:n_{\text{AgCl}} = 1:1\). Det betyder att det bildas lika många AgNO3 som vi hade AgCl från början:
\(n_{\text{AgCl}} = n_{\text{AgNO}_3} = 0,020\text{mol}\)
Nu kan vi räkna ut massan silverklorid som bildas:
\(m_{\text{AgNO}_3} = n_{\text{AgNO}_3} \cdot M_{\text{AgNO}_3} = 0,020\text{mol} \cdot 143\text{g/mol} = 0,286\text{g}\)
