什麼是限量試劑?
在化學反應中,限量試劑(又稱限量反應物)是最先被完全消耗的物質,它一旦用完,反應就會停止,也決定了產物的最大生成量。其餘的反應物則屬於過量。判斷出哪一種是限量試劑,是任何化學計量或產率計算的首要步驟。
如何使用這個計算機
分別輸入兩種反應物的可用莫耳數,以及它們在平衡化學方程式中所對應的化學計量係數。計算機會將每種反應物的莫耳數除以其係數,再比較這兩個比值。比值較小的反應物,就是限量試劑。
公式說明
每種反應物的比值為 \( r = \text{莫耳數} \div \text{係數} \)。這個比值代表該反應物能提供多少「反應份額」。能提供最少反應份額的反應物,一旦耗盡便無法再補充,因此會限制整個反應的進行。從數學上看,限量試劑就是所有比值中最小的那一個。
$$\text{限量試劑} = \min\left( \frac{\text{莫耳數 A}}{\text{係數 A}},\ \frac{\text{莫耳數 B}}{\text{係數 B}} \right)$$
實例演練
以 \(\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3\) 為例。假設你有 4 mol 的 N2(係數為 1)與 10 mol 的 H2(係數為 3)。氮氣的比值為 \(4 \div 1 = 4\);氫氣的比值為 \(10 \div 3 = 3.33\)。氫氣的比值較小(\(3.33 < 4\)),所以氫氣是限量試劑,而氮氣則為過量。
常見問題
為什麼要除以係數,而不是直接比較莫耳數?因為反應物是按照平衡方程式所訂定的比例被消耗,並非一比一。除以係數能將各反應物換算到相同基準,才能公平比較。
如果兩個比值剛好相等怎麼辦?代表兩種反應物剛好符合化學計量比例,會同時被完全消耗,沒有任何一方過量。在這種平手情況下,本工具會將反應物 A 標示為限量試劑。
可以直接輸入公克(g)而不用莫耳數嗎?不行。請先將質量換算成莫耳數,也就是用公克數除以莫耳質量,再把莫耳數填入這裡。