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Limitierender Reaktant und Ausbeute – Stöchiometrie mit Teilchen

ChemieReaktionen und RedoxAlter 15–16

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Wählen Sie eine Reaktion (2H₂ + O₂ → 2H₂O, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, Fe + S → FeS), stellen Sie die Mengen der beiden Edukte als Teilchenzahl, in Mol oder in Gramm ein und lassen Sie sie reagieren. Das Teilchenbild zeigt, welcher Stoff verbraucht wird und welcher übrig bleibt; die Stoffmengen-Massen-Tabelle liefert den Überschuss, die theoretische Ausbeute und die prozentuale Ausbeute, sobald Sie die tatsächliche Ausbeute eingeben.

Lektion: Stöchiometrisches Rechnen: limitierender Reaktant, Überschuss und Ausbeute

Was sie zeigt

Edukte reagieren immer im festen Stoffmengenverhältnis der ausgeglichenen Reaktionsgleichung. Teilen Sie die Stoffmenge (oder Teilchenzahl) jedes Edukts durch seinen Koeffizienten: Das kleinere Ergebnis kennzeichnet den limitierenden Reaktanten, der zuerst verbraucht ist und die Produktmenge bestimmt; das andere Edukt liegt im Überschuss vor. Die Simulation zeigt das auf zwei Arten, als Teilchen, die sich in Gruppen treffen, und als Stoffmengen-Massen-Tabelle. Der Vergleich von tatsächlicher und theoretischer Ausbeute ergibt die prozentuale Ausbeute. Das Modell nimmt vollständigen Umsatz ohne Nebenreaktionen an.

So funktioniert es

Wählen Sie eine Reaktion und eine Einheit und ziehen Sie die beiden Schieberegler, um die Anfangsmengen einzustellen. Klicken Sie auf Reagieren (oder tippen Sie auf das Teilchenfeld) und beobachten Sie, welches Edukt verbraucht wird; Zurücksetzen stellt die Edukte wieder her. Lesen Sie die Tabelle Zeile für Zeile. Geben Sie einen Wert im Feld „erhalten (tatsächlich)“ ein, um die Ausbeute zu sehen, und prüfen Sie die Massenerhaltung.

Einstellbare Parameter

  • Reaktion 2H₂ + O₂ → 2H₂O, N₂ + 3H₂ → 2NH₃, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, Fe + S → FeS
  • Mengeneinheit Teilchenzahl, Stoffmenge (mol), Masse (g)
  • Menge des ersten Edukts (in der gewählten Einheit) 0–100
  • Menge des zweiten Edukts (in der gewählten Einheit) 0–100
  • Tatsächliche Ausbeute (in der gewählten Einheit, 0 = keine Angabe) 0–1000

Fragen zum Erkunden

  1. Warum ist beim Mischen von 4 g H₂ mit 16 g O₂ zuerst O₂ verbraucht, obwohl die Masse von H₂ kleiner ist?
  2. Wie viel Mol H₂ reagieren bei N₂ + 3H₂ → 2NH₃ genau mit 2 mol N₂?
  3. Warum liegt die tatsächliche Ausbeute an Ammoniak in der Industrie weit unter der theoretischen Ausbeute?

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