如何确定多步反应一步计算的关系式.doc

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1、如何确定多步反应一步计算的关系式431800 湖北省京山一中 贾珍贵 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

2、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

3、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N

4、O。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+

5、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

6、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/L

7、25.00mL103L/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= S4

8、O62+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

9、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

10、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)=1600a m3由于二氧化硫燃烧后体积不变，而二氧化硫再氧化只需要总耗氧量的1/3，又该反应为可逆反应，所以，b%的下限为b%1/321%=7%。对于多步反应的计算，找出一步计算关系式是关键。有些复杂的多步反应的计算，可能同时用到上述几种方法找出多个一步计算关系式，联合求解。灵活运用以上方法，能大大提高解题速度。第3页