Cálculo de reactivo limitante

1. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
Reactivo limitante y
reactivo en exceso

2. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
En los procesos industriales o inclusive en las operaciones de laboratorio que involucran
la realización de alguna (s) reacción (es) química(s), es usual que las cantidades que se
alimenten al proceso o al rector (cantidades o concentraciones iniciales), NO estén en
proporción estequiométrica (Es decir, en la misma proporción que indican los
coeficientes estequiométricos de la reacción correctamente balanceada o ajustada), lo
cual se puede hacer por varias razones, como pudieran ser:
- Para asegurar que uno de los reactivos se consuma completamente
- Para asegurar la producción completa de un producto
- Para controlar la reacción
- Por razones de costo o de seguridad
- Etc.

3. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
En dichos casos (cuando las cantidades o
concentraciones iniciales NO están en proporción
estequiométrica), la reacción se puede dejar avanzar
hasta que alguno(s) de los reactivos se acabe
completamente (es decir haya reaccionado la
totalidad de él); en este caso a ese reactivo que se
acaba primero antes que el otro (o que los otros) se le
denomina como Reactivo Limitante.
Al otro reactivo(s), por obvia consecuencia se
le(s) denomina(n) reactivo(s) en exceso.
¿Y “ora”?
“Pus” que faltó??
O será que algo sobró??

4. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
¿qué limita la
producción?
HAMBURGUESAS
PANES REBANADAS DE
QUESO

5. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
Inicio Final
Mo
les
CH4 5
O2 12
CO2 0
H2O 0
Mo
les
CH4 0
O2 2
CO2 5
H2O 10
CH4 = Reactivo limitante
O2 = Reactivo en exceso

6. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
¿Cómo puedo saber cuál es el reactivo
limitante y cuál el reactivo en exceso?
Como has podido percibir, las definiciones de los reactivos, tanto limitante como en exceso, están relacionadas con las
proporciones estequiométricas (coeficientes estequiométricos) y con las cantidades o concentraciones iniciales en una reacción
química.
A B C D
no 10 20 0 0
Conver
tidas -10 -20 +10 +20
nf 0 0 10 20
𝐀 + 𝟐𝐁 → 𝐂 + 𝟐𝐃
A B C D
no 5 20 0 0
Conver
tidas -5 -10 +5 +10
nf 0 10 5 10
𝐀 + 𝟐𝐁 → 𝐂 + 𝟐𝐃
A B C D
no 10 16 0 0
Conver
tidas -8 -16 +8 +16
nf 2 0 8 16
𝐀 + 𝟐𝐁 → 𝐂 + 𝟐𝐃
Analiza las siguientes posibilidades:
En este primer cuadro. Los reactivos A y B si se encuentran presentes
inicialmente en proporción estequiométrica. Si tomamos como referencia
que de A desaparezcan las 10 moles que había al principio, entonces, por
relación estequiométrica deben desaparecer las 20 moles de B que también
había al principio
Es decir en este caso no existe ni reactivo limitante ni reactivo en exceso
En este segundo cuadro, Los reactivos A y B no se encuentran inicialmente
presentes en proporción estequiométrica. Si tomamos como referencia que
de A desaparezcan las 5 moles que había al principio, entonces, por
relación estequiométrica deben desaparecer 10 moles de B y permanecerán
otras 10 moles de B que no reaccionan.
Es decir en este caso si existe un reactivo limitante, que es el reactivo A
(ya que se agotó completamente) y por lo tanto B es el reactivo en exceso
(ya que no se agotó completamente)
En este tercer cuadro, Los reactivos A y B tampoco se encuentran
inicialmente presentes en proporción estequiométrica. Si tomamos como
referencia que de B desaparezcan las 16 moles que había al principio,
entonces, por relación estequiométrica deben desaparecer 8 moles de A.
Es decir en este caso también existe un reactivo limitante, que es el
reactivo B (ya que se agotó completamente) y por lo tanto A es el reactivo
en exceso (ya que no se agotó completamente)
𝑛 𝑜,𝐴
𝛿 𝐴
=
10
1
= 10
𝑛 𝑜,𝐵
𝛿 𝐵
=
20
2
= 10
10 ≡ 10
No hay React. limitante
𝑛 𝑜,𝐴
𝛿 𝐴
=
5
1
= 5
𝑛 𝑜,𝐵
𝛿 𝐵
=
20
2
= 10
5 < 10
El React. Limitante es A
𝑛 𝑜,𝐴
𝛿 𝐴
=
10
1
= 10
𝑛 𝑜,𝐵
𝛿 𝐵
=
16
2
= 8
8 < 10
El React. Limitante es B
n0 = moles iniciales nc = moles convertidas
nf = moles finales 𝜹 = Coeficiente estequiométrico

7. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
¡Órale!
¡ Ya entendí !!!!
Efectivamente:
1er caso: Si todos los reactivos están
inicialmente presentes en
proporciones estequiométricas, no
habrá ni reactivo limitante ni reactivo
en exceso
2º caso: Para cuando los reactivos no están
inicialmente presentes en
proporciones estequiométricas, el
reactivo limitante será aquel que
tenga el menor valor del cociente que
resulta de dividir la cantidad o
concentración inicial del reactivo
entre su coeficiente estequiométrico
respectivo
Nota importante: Sólo que las concentraciones deben
estar calculadas en una concentración molar para ser
compatibles con las proporciones molares que indican
los coeficientes estequiométricos

8. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
Algunos ejemplos:
Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O
Si C0, Fe3O4 = 10M
y C0, H2 = 8M
𝐶 𝑜,Fe3O4
𝛿Fe3O4
=
10
1
= 10
8 < 10 ∴ 𝐇 𝟐 es el reactivo limitante
𝐶 𝑜,H2
𝛿H2
=
8
1
= 8
2NH3 + ½ O2 → N2 + 3H2O
Si C0, NH3 = 𝟒𝟓𝟎
𝒈
𝑳𝒕
=
450 𝑔
𝐿𝑡
𝑔 𝑚𝑜𝑙𝑁𝐻3
17 𝑔
= 26.47
𝑔 𝑚𝑜𝑙𝑁𝐻3
𝐿𝑡
y C0, O2 = 𝟏𝟓𝟎𝟎
𝒈
𝑳𝒕
=
1500 𝑔
𝐿𝑡
𝑔 𝑚𝑜𝑙𝑂2
32 𝑔
= 46.875
𝑔 𝑚𝑜𝑙𝑂2
𝐿𝑡
𝐶 𝑜,NH3
𝛿NH3
=
26.47
2
= 13.235
13.235 < 93.75 ∴ 𝐍𝐇 𝟑 es el reactivo limitante
𝐶 𝑜,O2
𝛿O2
=
46.875
1
2
= 93.75

9. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
Otro ejemplo más:
Si 𝐶 𝑜, 𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂3
= 10 𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑙
𝐿𝑡
y 𝐶 𝑜, 𝐻2 𝑆𝑂4
= 12 𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑙
𝐿𝑡
y 𝐶 𝑜,𝐶𝐻3 𝑂𝐻 = 4 𝑙𝑏 𝑚𝑜𝑙
𝐿𝑡
𝐶 𝑜,𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂3
𝛿 𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂3
=
10
6
= 1.666
1.66 < 2 < 4 ∴ 𝑁𝑎𝐶𝑙𝑂3 es el reactivo limitante
𝐻2 𝑆𝑂4 𝑦 𝐶𝐻3 𝑂𝐻 son reactivos en exceso
𝟔 𝑵𝒂𝑪𝒍𝑶 𝟑 + 𝟔 𝑯 𝟐 𝑺𝑶 𝟒 + 𝑪𝑯 𝟑 𝑶𝑯 → 𝟔 𝑪𝒍𝑶 𝟐 + 𝟔 𝑵𝒂𝑯𝑺𝑶 𝟒 + 𝟓 𝑯 𝟐 𝑶
𝐶 𝑜,𝐻2 𝑆𝑂4
𝛿 𝐻2 𝑆𝑂4
=
12
6
= 2
𝐶 𝑜,𝐶𝐻3 𝑂𝐻
𝛿 𝐶𝐻3 𝑂𝐻
=
4
1
= 4

10. Mtro. Carlos A Castro Mendoza Balances de Materia UPAEP
¡ Mas claro
ni
el H2O !!!