限量反應物的計算（二）

化學原理啟迪34

1.      前面的例子，我們用幾顆分子來說明限量反應物，但是，在實驗室或化學工廠，我們通常會用大量的化合物。因此，我們必須用「莫耳數moles」 來計算「限量反應物limiting reactants」。

2.      基本上，用「分子個數」跟用「莫耳數」的觀念是一樣的，只是我們把單位從「個數」換成「莫耳」。

3.      舉例來說，假設25.0kg的「氮N2」和5.00kg的「氫H2」混合，並且反應形成「氨NH3」。完全反應的時候（其中一個反應物消耗光），會製造出多少質量的「氨NH3」呢？我們如何計算這個問題？

4.      根據前面的例子所傳授的步驟，我們知道，要用平衡的反應式（方程式），來判斷到底是「氮」還是「氫」是「限量反應物」？然後再判斷會形成多少氨？

平衡的反應式：N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

5.      首先，我們要計算反應物的莫耳數：

25.0kg N2 × (1000g N2 / 1kg N2) × (1mol N2 /28.0g N2)= 8.93×10 ² mol N2

5.00kg H2 × (1000g H2 / 1kg H2) × (1molH2 / 2.016g H2)= 2.48×10 ³ mol H2

6.      因為1mole的「氮N2」會跟3mole的「氫H2」反應，所以，將會與「8.93×10² mol N2」起反應的「氫H2」莫耳數是：

(8.93×10 ² mol N2)×(3molN2 / 1molH2) = 2.68× 10³ mol H2

7.      所以，(8.93×10² mol)的「氮N2」會跟(2.68× 10 ³ mol)「氫H2」起反應。但是，在這個例子，我們實際上只有(2.48×10³ mol)的「氫H2」；「氫」不夠，「氮」太多，「氫」會在「氮」用盡之前，先消耗光；「氫」是「限量反應物」。

8.      「氫」是「限量反應物」，我們必須用「氫H2」的數量來計算將會產生的「氨NH3」的量（莫耳量和重量）：

(2.48×10 ³ mol H2) × (2molNH3/3mol H2)=1.65×10 ³ mol NH3

(1.65×10³ mol NH3) × (17.0gNH3/1molNH3)=

2.8×10 4次方 g NH3= 28.0kg NH3

9.      判斷清楚「氫」是「限量反應物」，我們也可用「氫」的莫耳數，來求取「氮」的莫耳數：

(2.48×10³ mol H2)×(1mol N2/3mol H2)=8.27×10² mol N2

10.  由上可知，(2.48×10³mol) 的「氫H2」需要「8.27×10² mol」的「氮N2」，而我們之前說，這個混合物有(8.93×10² mol )的「氮N2」，實際存在的數量，比化學反應需要的數量多，「氮」是過量的excess。

11.  另外一個判斷誰是「限量反應物」的方法是，用平衡的化學反應方程式，比較看看，反應式所需物質的「莫耳比例mole ratio」，和現實上反應物的「莫耳比例」。

12.  舉例來說，在平衡的反應式中，「氫氣」和「氮氣」化合成「氨」的比例是：

3molH2/1molN2

所需的「氫」與「氮」比例是：

molH2/molN2 ＝3/1=3

13.  在這裡的實驗例子中，我們有(2.48×10³ moles)的「H2氫」，和(8.93×10²mol)的「N2氮」，因此，

實際有的氫與氮比例是：

mol H2/ mol N2= (2.48×10³ /8.93×10²)= 2.78

14.  因為2.78比3小，實際有的化合物「氫/氧」比例較小，所以，「氫」一定是「限量反應物」。

15.  如果換做是其他情況，實際有的化合物「氫/氧」比例大於3，那麼，就是「氫」過量，而「氮」是「限量反應物」。

 (翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》)

徐弘毅：

1.          第一種計算方式，依據平衡的方程式，從已有的2個反應物中，抓出1個作為比較的標準，如果第2個反應物實際上的份量太少，不能滿足第1個反應物的需求，那麼，「第2個反應物」就是「限量」；如果「第2個反應物」能滿足，而且還過量，那麼第1個反應物就是「限量」。

2.          因為所有的化學反應都追求「比例平衡」，所以，第二種計算方式，拿平衡的方程式中反應物的莫耳比例，來和現實上反應物的莫耳比例，加以比較，看看實際上的情況跟平衡的標準有多少差距？來判斷誰是限量反應物。

3.          化學變化，要用平衡的方程式、考慮平衡的比例，才能推測出反應後實際產物的份量多寡。

4.          同樣地，判斷一個人的實力也是要有客觀清楚的標準來觀察，不可以貌取人，不應該用學歷、家世背景、種族、財富、社會地位、知名度來歧視他或崇拜他，應該用言行、政績、學識能力、健康、人格特質作為判斷的標準。

5.       《論語公冶長》孔大師一面與所有的年輕學者，討論每個人的特質、能力，一方面點名。同學們報告說：宰予今天白天躺在床上沒來。

6.       孔大師說：朽木沒有辦法雕刻，糞土做的屋牆也沒辦法粉刷，對於宰予我沒辦法給他苛責。

7.           宰予，可能身體很不好，白天就得躺在床上。人有再高的智慧、學問，如果身體不夠強健，也難以擔當大任，也沒辦法有很好的人生前途。

8.           孔大師接著說：宰予給我很大的啟發，從前我聽一個人說話，就可以精準判斷他會有什麼樣的行為；今天我判斷人，除了聽他講話以外，還要看他的日常生活，這是宰予給我的改變。

9.       孔大師接著又說：但是，我也沒看過真正剛強的人。同學說：那申棖如何？申棖可能長得像洛基。

10.      孔大師說：棖啊！他有各種欲望，這樣怎麼能算剛強呢？

11.       因為剛強的人，是內外都非常剛強，除了體能充沛以外，還要知識豐富、能夠節制自己的欲望，並且能完全掌控自己的情緒。如果申棖不夠剛強的話，那誰夠剛強呢？

12.    子貢問孔大師：我，不想承受別人加在我身上的要求與壓力，我也不會用那樣的要求跟壓力對待別人，這樣算不算剛強？

13.      孔大師說：子貢，你做得到的事情，我是做不到的。

14.      為什麼孔大師這麼說呢？這樣要求太高了嗎？

15.      人生活在會上難免需要別人幫忙，開口向人要求。人要說絕對不會跟別人開口要求，也不要人家要求自己，這樣完全獨立自主的生活，是不容易做到。孔大師可能需要別人幫他做飯，如果不合胃口，他可不可以講：你做的飯不好吃？

16.      子貢會提這個問題，很可能是為了幫宰予講話，宰予自己有困難，也沒有麻煩別人，能這樣做到，人也非常了不起了。

17.       孔大師可能也覺得蠻有道理的吧！因為之前那樣一講，同學們可能都看不起宰予。子貢像是助教，助教的工作就是讓所有的同學，都能夠放下自我的成見，好好吸收學問的重點。

18.     【原文】宰予晝寢。子曰：「朽木不可雕也，糞土之牆不可杇也。於予與何誅？」子曰：「始吾於人也，聽其言而信其行；今吾於人也，聽其言而觀其行。於予與改是。」子曰：「吾未見剛者。」或對曰：「申棖。」子曰：「棖也慾，焉得剛？」子貢曰：「我不欲人之加諸我也，吾亦欲無加諸人。」子曰：「賜也，非爾所及也。」