如何找出多步反应计算的关系式.doc

如何找出多步反应计算的关系式多步反应的计算题是中学化学中一类常见题型，初学者往往根据反应式和反应先后一步一步地计算，计算起来比较麻烦，容易出错。本文介绍以下几种多步反应一步计算关系式的确定方法，供读者参考。1.方程式加减消元法：将各步反应方程式乘以某数，使中间反应物的系数相等，然后将反应进行加减消元，消除中间物质就得到起始原料和产物间的计算关系式。如氨氧化法制硝酸的有关计算,有关反应如下：4NH3+5O2=4NO+6H2O 2NO+O2=2NO2 3NO2+H2O=2HNO3+NO若要确定原料氨、氧气与产品硝酸间的计算关系，可将NO和NO2这些中间产品消元，即先可作如下处理：3+2得 4 NO+3 O2 +2H2O= 4HNO3然后，+后化简得NH3+2O2=HNO3+H2O若要得出NO2、NO、O2和HNO3间的一步计算关系式，可作如下处理：+2得： 4NO2+ O2 +2H2O= 4HNO3+得： NO2+NO+O2+H2O=2HNO3由于在实际生产中NO循环使用，故NH3转化成HNO3时计算关系式不是NH3-2/3HNO3，而应该是NH3-HNO3。例1 在一支10毫升试管中充满NO2和O2，将其倒立在盛有足量水的水槽中。若以Y（毫升）表示完全反应后试管内剩余气体的体积，X（毫升）表示原混合气体中NO2的体积，试建立Y=f（X）的关系式（讨论X为不同值时，反应后的体积Y）。解析 由上可知，4mol NO2完全转化为硝酸需要1mol O2。当10毫升 NO2和O2气体完全反应时，无气体剩余，Y=0。这时，NO2为X=8mL，O2为2mL。当0X8时，氧气过量，用NO2的量计算4NO2+ O2 +2H2O= 4HNO3 4 1 X V（O2）V（O2）=X/4剩余气体为氧气，其体积为Y=10XX/4=105X/4当8X10时，NO2过量，用O2的量计算。4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 4 1 V（NO2） 10XV（NO2）= 4（10X）过量的NO2为X4（10X）=5X40而NO2溶于水，最后余下气体为NO。由3NO2+H2O=2HNO3+NO可得：Y=（5X40）/3Y=105X/4， 0X8（5X40）/3，8X100 ， X=8所以Y=f（X）的关系式为：2.元素守恒法：根据质量守恒定律，每种元素在反应前后其质量或物质的量不变。计算时可根据某种元素确定起始原料和产物间的转化关系。如用黄铁矿或硫生产硫酸，可根据硫元素守恒，得出如下计算关系式FeS22H2SO4，SH2SO4。例2 含FeS270%的硫铁矿在煅烧时，有2%的硫损失而混入炉渣。SO2转化为SO3时，其转化率为85%。由这样的硫铁矿2 t可以制得98%的硫酸多少吨？解析 有关反应为（没写反应条件）4FeS2+11O2=8SO2+2Fe2O3，2SO2+ O2= 2SO3，SO3+H2O= H2SO4。由以上反应，根据硫元素守恒，得出如下一步计算关系式FeS2 2 H2SO4120 2982t70%98%85% mH2SO4（98%）98%所以，98%的硫酸的质量为：mH2SO4（98%）=1.94t3.电子得失守恒法：在多步氧化还原反应的计算中，往往需要根据多步反应，找出一步计算关系式，常常要根据电子得失守恒建立这种关系。例3 足量的硫酸铁溶液在煮沸的条件下被25.00mL的0.050mol/L的羟胺（NH2OH）的酸性溶液还原为Fe2+离子，生成的Fe2+离子可与25.00mL的0.020mol/L的高锰酸钾溶液作用完全。已知 FeSO4+KMnO4Fe2(SO4)3+K2SO4+MnSO4+H2O（未配平），则在上述反应中羟胺的氧化产物是A.N2 B.NO2 C.NO D.N2O解析 依据电子得失守恒，羟胺（NH2OH）失去的电子数应等于高锰酸钾得到的电子数，所以，锰元素化合价降低值与高锰酸钾的物质的量的积=羟胺（NH2OH）物质的量与氮元素化合价升高值的积。在反应中，锰元素化合价降低5，NH2OH中N元素的化合价为1价，设N元素化合价升高x，则有如下一步计算关系式： x KMnO4 5 NH2OHx 525.00mL103L/mL0.050mol/L 25.00mL103L/mL0.020mol/L25.00mL103L/mL0.050mol/L5=25.00mL103L/mL0.020mol/Lx解得 x=2，即N元素的化合价从1价升高到+1价故羟胺的氧化产物为 D.N2O例4 环境监测测定水中溶解氧的方法是：量取a mL水样迅速加入MnSO4溶液及含有NaOH的KI溶液，立即塞好塞子，振荡使反应均匀。开塞，迅速加入适量H2SO4，此时有I2生成。用Na2S2O3溶液（浓度为bmol/L）和I2反应，消耗了VmL（以淀粉为指示剂）。有关反应的方程式为：2Mn2+O2+4OH=2MnO（OH）2（反应很快）MnO（OH）2+2I+4H+=Mn2+I2+3H2OI2+ 2S2O32= S4O62+2I（1）水中溶解O2的量（以mgL1为单位）为多少？（2）I2和S2O32反应以淀粉为指示剂，达到终点时溶液颜色如何变化？（3）加MnSO4及含NaOH的KI溶液振荡时，若塞子未塞紧（设振荡时未溅出溶液），测定结果与上述方法相比如何？为什么？（4）开塞到加H2SO4前的时间间隔很长，测定的结果又如何？解析 此题综合考查学生的化学计算能力，难点是利用电子得失守恒确定一步计算关系式。（1）根据上述三个反应可推出溶解的O2的量与消耗的Na2S2O3的量的一步计算关系式O2 2MnO（OH）22I24S2O32即O24S2O32所以n（O2）= n（S2O32）/4=bmolL1VmL/4故水中溶解O2的量为：8bVmgamL8000bVamgL1=32gmol1bmolL1VmL/4amL=（2）溶液颜色由蓝色变为无色。（3）、（4）题中，由于空气中O2溶解于水中，从而导致结果偏高。4.电荷守恒法例5 有镁、铝混合粉末10.2g溶于4mol/L盐酸500mL里，若加入2mol/LNaOH溶液，使得沉淀达最大值，则需加入此种NaOH溶液为 mL。解析 此题看似多步计算，若抓住Cl最终与Na+结合，依据电荷守恒，一步计算的关系式为：ClNa+。即： HClNaOH。 1 14mol/L500mL 2mol/LVNaOH(aq) VNaOH(aq)=1000mL5累加法例6 某化工厂每小时生产98%（质量分数）硫酸a t，为使硫充分燃烧，且在下一步催化氧化时不再补充空气，要求燃烧后的混合气体含氧的体积分数为b%。该空气中氧气的体积分数为21%，且不考虑各生产阶段的物料损失，通过计算回答下列问题。（1）该厂每小时消耗标准状况下的空气体积为 m3。（2）为了满足题设要求，b%的下限等于 。解析 根据反应原理，1mol硫完全燃烧生成1mol二氧化硫需要1mol O2，1mol二氧化硫完全氧化生成三氧化硫需要1/2 mol O2 ，三氧化硫溶于水得到硫酸不需要氧气。所以，生成1molH2SO4共需要3/2 mol O2。即一步计算关系为H2SO4 3/2 O2 98kg 3/222.4m3 98%a103kg V(空气) 21%V(空气)=16