高校 · 15分

化学量論：限界試薬と収率

$\ce{H2}$ と $\ce{O2}$ の出発量を変え、どちらが生成する水の量を制限するかを見る。

目的

平衡式 $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ を使って各混合物の限界試薬を決め、理論収量を予測する。

器具と試薬

水素・酸素ボンベ（シミュレーション）、反応容器、平衡式 $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ 、計算機。

手順

「ちょうど 2 : 1」を選び、 $\ce{H2}$ ・ $\ce{O2}$ ・ $\ce{H2O}$ の容器の高さを読み、係数と一致するか確かめる。
「H₂ 過剰」に切り替え、どちらの反応物が完全になくなり、もう一方がどれだけ残るか確認する。
「O₂ 過剰」に切り替えて同じ分析を行う。
各モードで限界試薬から $\ce{H2O}$ の理論モル数を計算し、生成物の容器と比較する。

観察すること

ちょうど 2 : 1 では両方の反応物が完全になくなり、生成物は最大になる。
過剰モードでは限界側の容器が先に空になる。残った反応物はそれ以上生成物を作れない。

解説

$\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ の係数がモル比 2 : 1 : 2 を決める。化学量論的に少ない方の反応物——限界試薬——が理論収量を定め、もう一方は過剰として残る。実際の収量はしばしば低く、理論に対する百分率で表す。

関連トピック

反応式の係数合わせ・収率質量保存の法則・化学量論比

バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。