Hoe bepaal je de ondermaat en overmaat van stoffen in een reactie?

Bij een chemische reactie reageren stoffen in een specifieke molverhouding met elkaar. Vaak zijn de beginhoeveelheden van de stoffen niet precies in deze verhouding aanwezig. Hierdoor raakt één stof eerder op dan de andere.

• De stof die het eerst opraakt en de maximale hoeveelheid product bepaalt, is de ondermaat (ook wel limiterende reactant genoemd).
• De stof waarvan er meer aanwezig is dan nodig om met de ondermaat te reageren, is de overmaat. Een deel van deze stof blijft na de reactie over.

Stappenplan om ondermaat en overmaat te bepalen en de overgebleven massa te berekenen:

1. Stel de kloppende reactievergelijking op. Deze vergelijking geeft de molverhouding tussen de reagerende stoffen.
2. Reken de gegeven massa's van de beginstoffen om naar mol. Gebruik hiervoor de molaire massa ($M$) van elke stof: $Aantal \text{ mol} = \frac{Massa \text{ (gram)}}{Molaire \text{ massa (gram/mol)}}$
3. Bepaal de benodigde hoeveelheid van één stof op basis van de andere. Kies één van de beginstoffen en bereken hoeveel mol van de andere stof nodig is om volledig met de gekozen stof te reageren, volgens de molverhouding uit de reactievergelijking.
4. Vergelijk de benodigde mol met de beschikbare mol.
   • Als de benodigde mol meer is dan de beschikbare mol, dan is de stof waarvan je de benodigde hoeveelheid hebt berekend de ondermaat.
   • Als de benodigde mol minder is dan de beschikbare mol, dan is de stof waarvan je de benodigde hoeveelheid hebt berekend de overmaat. De andere stof is dan de ondermaat.
5. Bereken hoeveel mol van de stof in overmaat overblijft. Trek de gereageerde mol van de beschikbare mol af.
6. Reken de overgebleven mol van de stof in overmaat om naar gram. Gebruik hiervoor opnieuw de molaire massa van die stof.

Voorbeeld: Waterstofgas ($H_2$) reageert met zuurstofgas ($O_2$) tot water ($H_2O$). De kloppende reactievergelijking is: $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$

Stel, je hebt $10$ gram waterstofgas en $80$ gram zuurstofgas.

Gegevens:

• Molaire massa $H_2$: $2 \times 1,008 \text{ g/mol} = 2,016 \text{ g/mol}$
• Molaire massa $O_2$: $2 \times 16,00 \text{ g/mol} = 32,00 \text{ g/mol}$

Stap 1: Reactievergelijking is al gegeven en kloppend. $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$ De molverhouding tussen $H_2$ en $O_2$ is $2:1$.

Stap 2: Reken de gegeven massa's om naar mol.

• Aantal mol $H_2 = \frac{10 \text{ gram}}{2,016 \text{ g/mol}} \approx 4,9603 \text{ mol } H_2$
• Aantal mol $O_2 = \frac{80 \text{ gram}}{32,00 \text{ g/mol}} = 2,5000 \text{ mol } O_2$ (Let op: in de conversatie werd 5 mol genoemd, maar met de exacte molaire massa van 32 g/mol is het 2,5 mol. We gebruiken hier de correcte berekening.)

Stap 3: Bepaal de benodigde hoeveelheid van één stof op basis van de andere. Laten we kijken hoeveel $O_2$ nodig is voor de beschikbare $H_2$. Volgens de reactievergelijking reageert $2$ mol $H_2$ met $1$ mol $O_2$. Dus, voor $4,9603$ mol $H_2$ is nodig: $4,9603 \text{ mol } H_2 \times \frac{1 \text{ mol } O_2}{2 \text{ mol } H_2} = 2,4802 \text{ mol } O_2$

Stap 4: Vergelijk de benodigde mol met de beschikbare mol.

• Benodigde $O_2$: $2,4802$ mol
• Beschikbare $O_2$: $2,5000$ mol

Aangezien $2,5000 \text{ mol } O_2$ (beschikbaar) meer is dan $2,4802 \text{ mol } O_2$ (benodigd), is zuurstofgas ($O_2$) in overmaat. Dit betekent dat waterstofgas ($H_2$) in ondermaat is.

Stap 5: Bereken hoeveel mol van de stof in overmaat overblijft. Overgebleven mol $O_2 = \text{Beschikbare mol } O_2 - \text{Gereageerde mol } O_2$ Overgebleven mol $O_2 = 2,5000 \text{ mol} - 2,4802 \text{ mol} = 0,0198 \text{ mol } O_2$

Stap 6: Reken de overgebleven mol van de stof in overmaat om naar gram. Massa $O_2$ over = $0,0198 \text{ mol} \times 32,00 \text{ g/mol} = 0,6336 \text{ gram } O_2$

Dus, na de reactie blijft er ongeveer $0,63$ gram zuurstofgas over.