关于化学方程式的计算

有关化学方程式的计算

一、有一种反应物过量的计算

课本例题：8mol H2与6mol O2充分反应，求生成水的质量。

此题给出了在化学反应中两种反应物的量，计算时应以哪种为标准呢？下面是两位同学的不同解法：

解法1：

2H2+O22H2O

1 2

6mol n(H2O)

n(H2O)==12mol，

m(H2O)=n(H2O)·M(H2O)=12mol×18g/mol=216g。

答：可生成216g水。

解法2：

2H2+O22H2O

2 2

8mol n(H2O)

n(H2O)==8mol。

m(H2O)= n(H2O)·M(H2O)=8mol×18g/mol=144g。

答：可生成144g水。

上述两种解法，结果各不相同，至少有一种结果错误的。

[问题讨论]

①过量计算的一般步骤有哪些？

过量计算通常分为两大步：

a．判断哪种反应物过量，判断时要以化学方程式为依据，根据两种已知物质的数量，运用比较的方法进行判断，所以这一步又可以分为设定未知数、写化学方程式、比较判断三个小步骤。正确判断哪种物质过量是计算的关键。

b．根据不过量（完全反应的）物质的数量进行计算，计算时仍要以化学方程式为依据，通过比例关系求出最终结果。

②什么情况下需考虑过量问题？

a．题目给了两种反应物的量需考虑过量问题。

b．题目给出了一种反应物的量和一种生成物的量，需考虑过量问题（使所给反应物完全消耗掉）。

c．如果原题中某反应物的量以字母代替，则很多时候要通过分段讨论，进行计算。

d．如果原题给出的是两种反应物的总量，一般要通过极端假设法，进行讨论并计算。

③怎样判断反应物中哪一种过量？

判断过量物质的方法有多种，这里介绍两种最基本的方法：

a．设未知数法。基本思路是设一反应物A的量为未知数x，由另一种反应物B的量为已知量求出x。将x值与题中所给出的反应物A的量比较大小，若计算的x值比题中给出的量小，表明另一种反应物B完全反应；若计算出来的x值大于题中给出的已知量，表明反应物A完全反应。这种方法思路清晰，易于理解，为初学者必须掌握的基本方法。

如：

将1.62g铝粉放入30mL 2.5mol/L的稀硫酸中，标准状况下生成氢气多少升？

解：

n(Al)==0.06mol，

n(H2SO4)=2.5mol/L×0.03L=0.075mol，

设0.06mol Al可消耗H2SO4的物质的量为x。生成H2的体积为y。

2Al + 3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑

2mol3mol3×22.4L

0.06mol x y

∵x==0.09mol>0.075mol。

∴Al过量，应以H2SO4的量进行计算。

y==1.68L

答：生成标准状况下的氢气1.68L。

b．比值比较法。基本思路是写出化学方程式，在有关物质的化学式下面写出化学关系量，在化学关系量的下面列出题目中给出的反应物的已知量，将各反应物的化学关系量与已知量相比，求比值。比较两个比值的大小，比值小者，该反应物过量。该方法形式简单，为许多学生所

采用。只是要注意理解过程，培养思维。

如：

把3.0g NaI固体溶于水，通入标准状况下Cl2 0.28L，充分反应后生成I2多少克？

解：

n(NaI)==0.020mol，

n(Cl2)==0.0125mol，

2NaI+Cl2=2NaCl+I2

2 1

0.020mol0.0125mol

>，0.28L Cl2过量，以NaI的量进行计算。

2NaI + Cl2 = 2NaCl+I2

2mol254g

0.020mol m(I2)

m(I2)==2.54g。

答：生成I2 2.54g。

［高考试题分析］

1、（04天津、29）（14分）将32.64g铜与140mL一定浓度的硝酸反应，铜完全溶解产生的NO和NO2混合气体在标准状况下的体积为11.2L。请回答：

（1）NO的体积为______L，NO2的体积为______L。

（2）待产生的气体全部释放后，向溶液加入的NaOH溶液，恰好使溶液中

的全部转化成沉淀，则原硝酸溶液的浓度为______mol/L。

（3）欲使铜与硝酸反应生成的气体在溶液中全部转化为，至少需要30%的双氧水______g。

答案：

（1）5.8；5.4

（2）

（3）57.8

解析：

本题是利用化学方程式的计算，但又应用电子得失守恒原理来巧解。

⑴设NO的体积为xL，NO2的体积为yL，则

x+y=11.2…………①（体积守恒）

…………②（电子得失守恒）

①②联立解得：x=5.8y=5.4

⑵根据整个反应历程，最终溶液中溶质为NaNO3，硝酸中的氮元素部分转化为氮氧化物，部分转化为硝酸盐。所以

n(HNO3)=n(NaOH)＋n(NOx)=aV×10－3mol+=(0.5+aV×10－3)mol

原硝酸的物质的量浓度c(HNO3)=

⑶由4NO+3O2+2H2O=4HNO3

n1(O2)=mol

由4NO2+O2+2H2O=4HNO3

n2(O2)=

由2H2O2=2H2O+O2↑

n(H2O2)=2n(O2)=2×（0.1942+0.06）mol＝0.509mol

m[H2O2(aq)]=

2、（04北京、29）（12分）

有三种不同质量比的氧化铜与炭粉的混合物样品①、②、③。甲、乙、丙三同学各取一种样品，加强热充分反应，测定各样品中氧化铜的量。

（1）甲取样品①强热，若所得固体为金属铜，将其置于足量的稀硝酸中微热，产生1.12L 气体（标准状况），则样品①中氧化铜的质量为________g。

（2）乙取样品②ag强热，生成的气体不能使澄清的石灰水变浑浊。再将反应后的固体与足量的稀硝酸微热，充分反应后，有bg固体剩余，该剩余固体的化学式为______。样品②中氧化

铜质量为______g（以含a、b的代数式表示）

（3）丙称量样品③强热后剩余的固体，质量比原样品减小了cg，若该固体为金属铜，则样品③中氧化铜物质的量（n）的取值范围为______。

答案：

（1）6.0

（2）C ；

（3）

解析：

考查的知识点为“无机反应计算”。

①比较简单3CuO ～3Cu ～8HNO3～2NO

3×802×22.4

利用关系法：x=6.0g 1.12

②

∴设CuO为xg，C为a-x，则参加反应碳的质量为a-b-x，生成CO为重要信息不能忽视。

③丙中的反应：

两个反应，耗碳量相同，但耗CuO的量不同，则生成Cu的量不同。但要认真审题，要求算氧化铜的物质的量；反应后固体质量全为铜，说明反应物均恰好反应完全。

若按反应①发生

若按反应②进行

∴丙中氧化铜的取值范围为

本题首先需要想到CuO+C的反应情况有2种，否则无法进行讨论。

二、多步反应的计算

如：工业上制硫酸的主要反应如下：

4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2①

2SO2+O22SO3②

SO3+H2O=H2SO4③

煅烧2.5t含FeS2 85%的黄铁矿石（杂质不参加反应）时，FeS2中的S有5.0%损失而混入炉渣，计算可制得98%硫酸的质量。

解：

由于有5.0%的S损失，2.5t含FeS2 85%的黄铁矿石中参加反应的S的质量为：

m(S)=m(FeS2)··ω(S)=2.5t×85%××95%=1.08t。

设可制得98%硫酸的质量为x。

S ～H2SO4

3298

1.08t x×98%

，x==3.38t。

答：可制得98%硫酸3.38t。

【注意】

①必须用纯净物的质量建立比例关系进行计算。

②过程中的损失相当于原料损失。

［高考试题分析］

（04上海、31）黄铜矿(主要成分CuFeS2)是提取铜的主要原料。

(1)取12.5g黄铜矿样品，经测定含3.60 g硫(杂质不含硫)，矿样中CuFeS2含量为________。

(2)已知2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)

产物Cu2S在1200℃高温下继续反应：

2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2

2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2↑

假定各步反应都完全，完成下列计算：

①由6molCuFeS2生成6molCu，求消耗O2的物质的量。

②6molCuFeS2和14.25molO2反应，理论上可得到多少摩尔铜。

③6molCuFeS2和15.75molO2反应，理论上可得到多少摩尔铜。

解析：

根据原子守恒及利用化学方程式的计算，题目反映了过量问题的思想。

对于⑴：CuFeS2～2S

184g64g

m(CuFeS2) 3.6g

m(CuFeS2)=10.35g

w(m(CuFeS2))=

⑵的解法见答案。

答案：

(1)82.8％

(2)①CuFeS2Cu＋FeO＋2SO2

②O2不足量

由800℃反应完成时耗O2 12 mol，余O2 2.25 mol，生成Cu2S 3 mol；再由

Cu2S＋O2→ 2Cu＋SO2知O2不足，n(Cu)＝2n(O2)=2×2.25mol=4.5mol

③由①知完成生成6 mol Cu时过量O2 0.75 mol。由

4Cu+O22Cu2O知0.75 mol O2耗Cu 0.75 mol×4＝3 mol；

由铜守恒有最终得到Cu：6 mol－3 mol＝3 mol

点评：

本题对计算能力提出了较高的要求，考查了质量分数、利用化学方程式及多步反应的计算，体现了计算的综合应用，较好的体现了考纲的要求，题目设置由浅入深，试题具有较好的区分度。

[问题讨论]

①多步反应的计算一般有哪些步骤？

在进行多步反应的计算时，一般的解题步骤为：

a．写出各步反应的化学方程式（计算的基础）；

b．根据化学方程式找出可作为中介的物质，并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间的量的关系（计算的关键）；

c．确定最初反应物和最终生成物之间的量的关系；

d．根据所确定的最初反应物和最终生成物之间的量的关系和已知条件进行计算。

简单地讲，就是写方程式、找关系式、具体计算三大步骤。

如：

向溶解有90g NaI的溶液中加入40g Br2，再向溶液中通入适量的Cl2，充分反应后，反应过程中被还原的Cl2的质量是多少？

【分析】

此反应过程可表示为：

→

可见，NaI跟Br2反应时，无论Br2过量与否，最终还原的Cl2与NaI之间总有关系：2NaI～Cl2。

解：

设被还原的Cl2的质量是x，根据化学反应方程式：

2NaI+Br2=2NaBr+I22NaBr+Cl2=2NaCl+Br2

2NaI+Cl=2NaCl+I2

得关系式：

2NaI ～Cl2

30071

90g x

x==21.3g。

答：有21.3gCl2被还原。

②什么叫转化率？什么叫产率？运用这两个概念时应注意哪些问题？

a．化学反应中某反应物的实际反应量与实际投入量之比（通常用百分数表示）叫做该反应物的转化率。即：

某反应物的转化率=×100%

涉及转化率的计算时，要注意以下几点：

ⅰ．某种反应物的转化率等于该物质中某种元素的转化率。

例如：

化学反应4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2中，投入FeS2 5t，实际反应的FeS2为4.8t，则：FeS2的转化率=×100%=96%，

S的转化率=×100%=96%.

ⅱ．在相关联的多步反应中，保持元素质量守恒关系的几种中间物质，其转化率的乘积等于原料的总转化率。

例如：

4NH3+5O2 4NO+6H2O，NH3的转化率为95%，

2NO+O2=2NO2，NO的转化率为96%，

4NO2+O2+2H2O=4HNO3，NO2的转化率为80%，

则NH3的总转化率=95%×96%×80%=73%。

ⅲ．某反应物的转化率与该反应物的损失率之和等于1。在相关联的多步反应中，保持元素质量守恒关系的几种反应物，其损失率的乘积等于原料的损失率。在化学计算时，也可以根据损失率求出转化率再进行计算。

②化学反应中某生成物的实际生成量与理论生成量之比（通常用百分数表示），叫做该生成物的产率。即：

某生成物的产率=×100%

涉及产率的计算时要注意：生成物的产率等于与该生成物保持元素质量守恒的反应物的转化率。

例如：

化学反应4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2中，实际投入FeS2 1.5t，实际反应的FeS2为1.2t，实际生成SO2 5.12t，理论上生成SO2 6.4t，则：

FeS2的转化率=×100%=80%

SO2的产率=×100%=80%

③在多步反应的计算中应怎样建立关系式？

在多步反应的计算中，建立关系式通常有三种方法。

a．方程式的加合法：方程式加合法通常是将各步反应方程式乘以适当的系数后加合起来，消去“中间”物质，得到原料与产物之间的数量关系式。

如：

已知反应式：C+2H2O CO2+2H2①

N2+3H22NH3②

要找出C与NH3之间的关系式，须消去其“中间”物质H2。首先要使H2的计量数相等，然后加合即可。

①×3+②×2得C与NH3的关系式为：3C～4NH3。

b．元素质量守恒法：当反应物和产物中都含有某一相关元素时，可以根据元素质量守恒（即原子个数相等）直接建立关系式。

如：

已知反应式：4NH3+5O2 4NO+6H2O①

2NO+O2=2NO2②

3NO2+ H2O=2HNO3+NO③

虽然③式中NO2只有转化为HNO3，但是由于生成的NO还可与过量的O2反应并溶于水生成硝酸，根据N元素质量守恒有关系式：NH3～HNO3.

c．电子转移守恒法：在某些氧化还原反应中，根据氧化剂和还原剂得失电子数相等的原则，可以很方便地求出氧化剂和还原剂的关系式。

如：

已知反应：2NH2OH+2Fe3+=2Fe2++N2↑+2H2O+2H+①

5Fe2++MnO+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O②

最初反应①中的还原剂为NH2OH，最终反应②中的氧化剂为MnO，

所以有关系式：5NH2OH～2MnO