高一化學(xué)總結(jié)：反應(yīng)中的過(guò)量計(jì)算，多步反應(yīng)的計(jì)算

反應(yīng)中的過(guò)量計(jì)算，多步反應(yīng)的計(jì)算

　�。ㄒ唬┓磻�(yīng)物中某種物質(zhì)過(guò)量的計(jì)算

　　在生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)為了使某種反應(yīng)物能反應(yīng)完全（或充分利用某一物質(zhì)），可使另一種反應(yīng)物的用量超過(guò)其理論上所需值，例如要使燃燒充分，往往可以通入過(guò)量的氧氣或空氣。比如要使某種離子從溶液中完全沉淀出來(lái)，往往要加入稍為過(guò)量的沉淀劑等。

　　解這類題時(shí)首先要判斷這兩種反應(yīng)物的量是否符合化學(xué)方程式中該兩種反應(yīng)物的關(guān)系量之比，如不符合則要根據(jù)不足量的反應(yīng)物的量進(jìn)行計(jì)算。

　　具體步驟：

　　1.寫出反應(yīng)方程式；

　　2.判斷哪個(gè)反應(yīng)物過(guò)量；

　　3.根據(jù)不足量求解。

　　（二）多步反應(yīng)的計(jì)算和有關(guān)物質(zhì)的純度、產(chǎn)率、利用率

　　在化學(xué)反應(yīng)中，所表示的反應(yīng)物和生成物的轉(zhuǎn)化量都是以純凈物的量來(lái)表示的。而實(shí)際上原料和產(chǎn)品往往是不純凈的，這就存在著不純物和純凈物間的換算，其換算的橋梁是物質(zhì)的純度（以百分?jǐn)?shù)表示）。

　　另外，在實(shí)際生產(chǎn)中難免有損耗，造成原料的實(shí)際用量大于理論用量，而實(shí)際的產(chǎn)量又總是小于理論產(chǎn)量，這就是原料的利用率和產(chǎn)品的產(chǎn)率問(wèn)題。有關(guān)這類計(jì)算的公式如下：

　　物質(zhì)的純度=純凈物的質(zhì)量/不純物的質(zhì)量

　　原料的利用率=理論原料用量/實(shí)際原料用量

　　產(chǎn)率=實(shí)際產(chǎn)量/理論產(chǎn)量

　　物質(zhì)的純度、原料的利用率和產(chǎn)品的產(chǎn)率都是低于100%的。大部分工業(yè)生產(chǎn)，要經(jīng)過(guò)許多步的反應(yīng)才能完成的，這時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品和原料之間量的計(jì)算時(shí)，不必逐步計(jì)算，可以根據(jù)化學(xué)方程式中的物質(zhì)的量的關(guān)系，找出原料和產(chǎn)品的直接關(guān)系量，進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算即可。解多步反應(yīng)的計(jì)算題，確定有關(guān)物質(zhì)的關(guān)系式是關(guān)鍵，若從原子（離子）守恒、電子守恒等角度去思考、分析、判斷，則可達(dá)到事半功倍的效果。

　　工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算常用的關(guān)系式有：

　　由黃鐵礦制硫酸：FeS2～2S～2H2SO4

　　由氨催化氧化制硝酸：NH3～HNO3（最后反應(yīng)為4NO2+O2+2H2O=4HNO3）

　�。ㄈ�）混合物中兩種成分的物質(zhì)的量、質(zhì)量和百分比的計(jì)算

　　這類題目有較強(qiáng)的綜合性。解題時(shí)不僅要掌握化學(xué)計(jì)算的有關(guān)概念和熟悉元素化合物的性質(zhì)還要認(rèn)真審題。分析題給的每項(xiàng)條件和各組分之間量的關(guān)系，找出解題途徑。經(jīng)常采用的方法有"關(guān)系式法"、"差量法"及"聯(lián)立方程法"，以求得混合物各組分的含量。

　　【典型例題】

　　[例1]容積為10mL的試管，充滿和的混合氣體。把試管倒立于水槽中，水逐漸充滿試管。求混合氣體中和各幾毫升？若充分反應(yīng)后，試管中尚有1mL氣體，則原混合氣體中、各為幾毫升？

　　解析：

　　（1）試管充滿水，說(shuō)明、與恰好完全反應(yīng)，根據(jù)

　　可知，，分別占和。

　　（2）當(dāng)試管中尚有1mL氣體時(shí)，則分為兩種情況。

　�、龠^(guò)量，剩余氣體為，體積是1mL

　　則

　　②過(guò)量，剩余氣體為，體積為1mL

　　解法一：可認(rèn)為中一部分與反應(yīng)生成了和；另一部分與、反應(yīng)僅生成了：

　　31

　　1

　　則

　　解法二：由反應(yīng)的總結(jié)果來(lái)考慮問(wèn)題。

　　設(shè)原混合氣體中的體積為（mL），有

　　反應(yīng)前后，氧原子必然"守恒"，有：

　　解得：

　　即

　　所以

　　答案：略。

　　這種從氧原子守恒的角度去解決問(wèn)題的方法，不去追究反應(yīng)的具體過(guò)程，而是從"初始物質(zhì)→終了物質(zhì)"的量的關(guān)系去設(shè)計(jì)思路，顯然使計(jì)算大大簡(jiǎn)化了。這種"守恒"的思想也可以設(shè)計(jì)為其它方式，例如電子守恒。

　　解法三：考慮在反應(yīng)中，電子的得失總數(shù)應(yīng)相等。

　　設(shè)：原混合物中有氣體（mL）

　�。ㄏ嗤瑺顟B(tài)下，氣體的體積比等于其物質(zhì)的量之比）。

　　失電子：失

　　得電子：得

　�。á颍┑�

　　根據(jù)得失電子總數(shù)相等，有：

　　解得：

　　答案：略。

　　[例2]工業(yè)上用氨氧化法制硝酸時(shí),如果由氨氧化成一氧化氮的轉(zhuǎn)化率為95%，由一氧化氮制成硝酸的轉(zhuǎn)化率為90%，求1噸氨可以制得52%的硝酸多少噸？

　　解題分析:該題是有關(guān)多步反應(yīng)的計(jì)算，可以利用化學(xué)方程式，找出有關(guān)物質(zhì)的關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。注意運(yùn)用轉(zhuǎn)化率和純度的計(jì)算公式。

　　解：該題有關(guān)的化學(xué)方程式如下：

　　（1）4NH3+5O2==4NO↑+6H2O

　�。�2）2NO+O2==2NO2

　　（3）3NO2+H2O==2HNO3+NO↑

　　其中（3）式產(chǎn)生的NO在工業(yè)生產(chǎn)中是被循環(huán)使用的，繼續(xù)氧化生成NO2，直至全部被水吸收為止。因此NO2變成HNO3的物質(zhì)的量之比為1：1，最后得出的關(guān)系式為：NH3∽HNO3。

　　解：設(shè)制得52%的硝酸為x噸。

　　NH3--------HNO3

　　1713

　　1×95%×90%

　　（噸）

　　答：可以制得52%的硝酸6.1噸

　　[例3]在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，20.8mL二氧化碳和氧氣混合氣，通過(guò)足量的過(guò)氧化鈉并充分反應(yīng)后，再緩緩?fù)ㄈ氲箍墼谒�中充�?2.4mL一氧化氮試管中，當(dāng)反應(yīng)完畢時(shí)，試管里恰好充滿液體，試問(wèn)原混合氣中二氧化碳和氧氣各多少mL？

　　分析：這道氣體混合物的計(jì)算題，涉及多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，在審題、析題時(shí)，要分析這些化學(xué)反應(yīng)，并找出各物質(zhì)之間量的相互關(guān)系，這是解答本題的基礎(chǔ)。

　　當(dāng)二氧化碳與氧氣的混合氣通過(guò)時(shí)，只有二氧化碳跟發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

　　伴隨這一化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，氣體體積將會(huì)縮小，從氣體縮小的氣體體積，可以計(jì)算出混合氣中二氧化碳的體積。

　　從里出來(lái)的氣體只有氧氣，通入倒扣在水槽中的一氧化氮，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

　�、�

　　②

　　把①、②兩個(gè)反應(yīng)相加，得到的總反應(yīng)式是：

　�、�

　　從③式可以看出與的體積關(guān)系是：

　　4V3V

　　也就是說(shuō)在同溫同壓下，4體積與3體積恰好完全反應(yīng)，被水充分吸收后余氣體積等于零。本題中22.4毫升與通入的反應(yīng)被水吸收后，試管里恰好充滿液體，說(shuō)明與通入的的體積之比為4：3，由此可以求出經(jīng)反應(yīng)后的體積，再由混合氣與的體積之差，計(jì)算出混合氣中的體積和的體積。

　　解答：設(shè)經(jīng)后的氧氣體積為mL，原混合氣中二氧化碳為mL，氧氣為mL

　　答：（略）

　　[例4]把3.20g純銅放入盛一定量濃硝酸的燒瓶中，立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)銅全部溶解時(shí)，共生成氣體1.12L。

　�。�1）求在此化學(xué)反應(yīng)中耗用硝酸的物質(zhì)的量是多少mol？

　�。�2）求生成氣體的體積分?jǐn)?shù)是多少？

　　分析：銅跟濃硝酸反應(yīng)生成硝酸銅、二氧化氮和水，化學(xué)方程式是：

　　3.20g的Cu的物質(zhì)的量是0.05mol，若銅反應(yīng)完畢并全部生成時(shí)，所得氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下占有的體積為：

　　這與試題給出的氣體體積1.12并不符，這是因?yàn)殂~跟一定量的濃硝酸反應(yīng)時(shí)，開(kāi)始階段硝酸還原為二氧化氮；隨著反應(yīng)進(jìn)行，硝酸的濃度逐漸下降，硝酸還原的主要產(chǎn)物是一氧化氮，這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式是：

　　上述兩個(gè)反應(yīng)生成的和的體積之和為1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），消耗銅的質(zhì)量之和是3.20g，列出聯(lián)立方程逐步求解。不過(guò)，這種解法較為麻煩。簡(jiǎn)便的解法立足于把銅與濃、稀硝酸的兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)視為一個(gè)整體，把硝酸分解為氧化劑硝酸和作為酸的硝酸兩個(gè)部分，找出這兩個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物與硝酸耗量間的定量關(guān)系。生成、耗用的間的物質(zhì)的量的關(guān)系是：

　　將、可以用（或2）表示，則生成氣體與氧化劑之間的定量關(guān)系是：

　　生成耗用的與耗用Cu的物質(zhì)的量的關(guān)系是：

　　由此可以設(shè)計(jì)出最優(yōu)化解題思路。

　　解答：3.20gCu的物質(zhì)的量為0.05mol，1.12L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的物質(zhì)的量為0.05mol。

　　（1）設(shè)作為氧化劑耗用的為mol，作為酸的為mol。

　　從與氧化劑的物質(zhì)的量之比為1：1，可以得出：

　　又從，可以得出：

　　這一反應(yīng)耗用的物質(zhì)的量為：

　　（2）設(shè)為mol，則為

　　依電子守恒可得：

　　所以，在與混合氣中、的體積分?jǐn)?shù)各占50%。

　　[例5]標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將盛滿、、混合氣的集氣瓶，倒置于水槽中，結(jié)果水進(jìn)入并充滿全瓶，無(wú)氣體剩余，設(shè)溶質(zhì)只在瓶?jī)?nèi)水中未向水槽中擴(kuò)散，則廣口瓶中得到的稀硝酸的物質(zhì)的量濃度的大小范圍是（設(shè)濃度為）（）

　　A.B.

　　C.D.

　　分析：本題可能有的反應(yīng)為：

　　…………①

　　…………②

　　…………③

　　氣體全溶于水，則可能是其中的1種，也可能2種，3種皆有。按常規(guī)解法則甚為困難。題中所選是濃度的取值范圍，可用極限思維為思路求解。設(shè)混合氣全部是和的混合氣，按①式反應(yīng)，則設(shè)瓶的容積為，其中為4mol，生成為4mol，濃度為：

　　再設(shè)混合氣全部是和，按②式反應(yīng)，設(shè)瓶的容積為，其中為4mol，生成也是4mol，則濃度為：

　　可見(jiàn)生成硝酸的濃度在至之間。

　　解答：B

　　點(diǎn)撥：根據(jù)生成4mol設(shè)溶液體積再運(yùn)算時(shí)，思路較清楚。例如求滿盛的燒瓶做噴泉實(shí)驗(yàn)后的物質(zhì)的量濃度，由反應(yīng)：

　　設(shè)燒瓶容積為，生成2mol，因有剩余，所以溶液體積為。濃度為：

　　【模擬訓(xùn)練】

　　一.選擇題：

　　1.100gH2和O2的混合氣體，點(diǎn)燃爆炸后生成液態(tài)水，剩余10g氣體，則原氣體中H2和O2的質(zhì)量分別為（）

　　A.H2－20g、O2－80gB.H2－30g、O2－70g

　　C.H2－40g、O2－60gD.H2－10g、O2－90g

　　2.在密閉容器內(nèi)盛有H2、O2、Cl2的混合氣體，通過(guò)電火花點(diǎn)燃，三種氣體正好完全反應(yīng)，冷卻至室溫后所得溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.26%，則容器中原有H2、O2、Cl2的分子個(gè)數(shù)比是（）

　　A.9：4：1B.9：6：1C.13：6：1D.10：6：1

　　3.28g鐵放入100mL0.1mol/LCuSO4溶液中，析出銅的質(zhì)量為（）

　　A.32gB.6.4gC.0.64gD.3.2g

　　4.0.62g磷在點(diǎn)燃條件下與0.04mol氯氣反應(yīng)，產(chǎn)物為（）

　　A.PCl3B.PCl5C.PCl3和Cl2D.PCl3和PCl5

　　5.將空氣與CO2按5：1體積比混合，跟足量的赤熱焦炭充分反應(yīng)，若反應(yīng)前后的溫度相同，則所得氣體中，CO的體積分?jǐn)?shù)為（）

　�。�假設(shè)空氣中N2、O2體積比為4：1，其他成分忽略不計(jì)）

　　A.29%B.43%C.50%D.100%

　　6.用CO還原1.0g某赤鐵礦石（主要成分為Fe2O3，雜質(zhì)不參加反應(yīng)）樣品，生成的CO2跟足量的石灰水反應(yīng)，得到1.36g沉淀。該赤鐵礦石中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（）

　　A.36%B.73%C.80%D.78%

　　7.在氧氣中灼燒0.44g硫和鐵組成的化合物，使其中的硫全部轉(zhuǎn)變?yōu)槎�氧化硫，把這些二氧化硫全部氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩�，這些硫酸可以用20mL0.50mol/L的氫氧化鈉溶液完全中和，則原化合物中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（）

　　A.18%B.46%C.53%D.36%

　　8.用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中CO32－和HCO3－的物質(zhì)的量之比是（）

　　A.1：3B.2：1C.2：3D.3：2

　　9.向200mL0.1mol/L的氫氧化鈣溶液中通入CO2，結(jié)果得到白色沉淀1g，則通入的CO2可能是（）

　　A.1molB.0.44gC.0.672LD.8.8g

　　10.32gFe與16g硫粉放入試管內(nèi)加熱，反應(yīng)完全后將混合物與過(guò)量的稀H2SO4作用，能制取標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體體積為（）

　　A.11.2LB.12.8LC.33.6LD.1.6L

　　11.將兩種金屬的混合粉末1.5g投入足量鹽酸中充分反應(yīng)后，得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.12LH2，則該金屬混合物不可能是（）

　　A.Cu和ZnB.Mg和AgC.Al和FeD.Mg和Al

　　12.把25.6gKOH和KHCO3的混合物在250℃煅燒，冷卻后發(fā)現(xiàn)混合物的質(zhì)量減少4.9g，則原混合物中KOH和KHCO3組成為（）

　　A.KOH的物質(zhì)的量＞KHCO3的物質(zhì)的量

　　B.KOH的物質(zhì)的量＜KHCO3的物質(zhì)的量

　　C.KOH和KHCO3的物質(zhì)的量相等

　　D.KOH和KHCO3以任意物質(zhì)的量之比混合

　　二.填空題：

　　13.今有H2、Cl2混合氣100mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），其中一種氣體體積為45mL，光照使兩種氣體發(fā)生反應(yīng)后恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)狀況。為了說(shuō)明反應(yīng)后氣體中H2或Cl2有剩余，使剩余氣體通過(guò)100mL滴有藍(lán)色石蕊試液的水，并使剩余氣體干燥后恢復(fù)到標(biāo)準(zhǔn)狀況，若：

　　（1）溶液無(wú)變化且氣體體積為mL，證明剩余為，理由是。

　　（2）溶液變紅后又褪色，證明剩余氣體為，理由是。

　　三.計(jì)算題：

　　14.燃燒2t含硫48%的黃鐵礦，在理論上能生成多少噸98%的硫酸？（設(shè)還有2%的硫留在爐渣里。）

　　15.某化肥廠用NH3制備NH4NO3。已知：由NH3制NO的產(chǎn)率是96%，NO制HNO3產(chǎn)率是92%，HNO3跟NH3反應(yīng)生產(chǎn)，則制HNO3所用去的氨氣的質(zhì)量占總耗氨質(zhì)量（不考慮生產(chǎn)中其他損耗）的%。

　　【試題答案】

　　1.A、D2.C3.C4.D5.C6.B7.D

　　8.A9.B、C10.B11.A、D12.B

　　13.

　　（1）10；H2；H2不溶于水

　　（2）Cl2；Cl2溶于水生成HCl、HClO有酸性和漂白性

　　14.1.57t；15.53%