反應中的過量計算，多步反應的計算

　　（一）反應物中某種物質過量的計算

　　在生產實踐或科學實驗中，有時為了使某種反應物能反應完全（或充分利用某一物質），可使另一種反應物的用量超過其理論上所需值，例如要使燃燒充分，往往可以通入過量的氧氣或空氣。比如要使某種離子從溶液中完全沉淀出來，往往要加入稍為過量的沉淀劑等。

　　解這類題時首先要判斷這兩種反應物的量是否符合化學方程式中該兩種反應物的關系量之比，如不符合則要根據不足量的反應物的量進行計算。

　　具體步驟：

　　1.寫出反應方程式；

　　2.判斷哪個反應物過量；

　　3.根據不足量求解。

　　（二）多步反應的計算和有關物質的純度、產率、利用率

　　在化學反應中，所表示的反應物和生成物的轉化量都是以純凈物的量來表示的。而實際上原料和產品往往是不純凈的，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的純度（以百分數表示）。

　　另外，在實際生產中難免有損耗，造成原料的實際用量大于理論用量，而實際的產量又總是小于理論產量，這就是原料的利用率和產品的產率問題。有關這類計算的公式如下：

　　物質的純度=純凈物的質量/不純物的質量

　　原料的利用率=理論原料用量/實際原料用量

　　產率=實際產量/理論產量

　　物質的純度、原料的利用率和產品的產率都是低于100%的。大部分工業生產，要經過許多步的反應才能完成的，這時進行產品和原料之間量的計算時，不必逐步計算，可以根據化學方程式中的物質的量的關系，找出原料和產品的直接關系量，進行簡單的計算即可。解多步反應的計算題，確定有關物質的關系式是關鍵，若從原子（離子）守恒、電子守恒等角度去思考、分析、判斷，則可達到事半功倍的效果。

　　工業生產計算常用的關系式有：

　　由黃鐵礦制硫酸：FeS2～2S～2H2SO4

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

　　（三）混合物中兩種成分的物質的量、質量和百分比的計算

　　這類題目有較強的綜合性。解題時不僅要掌握化學計算的有關概念和熟悉元素化合物的性質還要認真審題。分析題給的每項條件和各組分之間量的關系，找出解題途徑。經常采用的方法有"關系式法"、"差量法"及"聯立方程法"，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，說明、與恰好完全反應，根據

　　可知，，分別占和。

　　（2）當試管中尚有1mL氣體時，則分為兩種情況。

　　①過量，剩余氣體為，體積是1mL

　　則

　　②過量，剩余氣體為，體積為1mL

　　解法一：可認為中一部分與反應生成了和；另一部分與、反應僅生成了：

　　31

　　1

　　則

　　解法二：由反應的總結果來考慮問題。

　　設原混合氣體中的體積為（mL），有

　　反應前后，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題的方法，不去追究反應的具體過程，而是從"初始物質→終了物質"的量的關系去設計思路，顯然使計算大大簡化了。這種"守恒"的思想也可以設計為其它方式，例如電子守恒。

　　解法三：考慮在反應中，電子的得失總數應相等。

　　設：原混合物中有氣體（mL）

　　（相同狀態下，氣體的體積比等于其物質的量之比）。

　　失電子：失

　　得電子：得

　　（Ⅱ）得

　　根據得失電子總數相等，有：

　　解得：

　　答案：略。

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

　　解題分析:該題是有關多步反應的計算，可以利用化學方程式，找出有關物質的關系式進行計算，簡化計算過程。注意運用轉化率和純度的計算公式。

　　解：該題有關的化學方程式如下：

　　（1）4NH3+5O2==4NO↑+6H2O

　　（2）2NO+O2==2NO2

　　（3）3NO2+H2O==2HNO3+NO↑

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

　　解：設制得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]在標準狀況下，20.8mL二氧化碳和氧氣混合氣，通過足量的過氧化鈉并充分反應后，再緩緩通入倒扣在水中充有22.4mL一氧化氮試管中，當反應完畢時，試管里恰好充滿液體，試問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算題，涉及多個化學反應，在審題、析題時，要分析這些化學反應，并找出各物質之間量的相互關系，這是解答本題的基礎。

　　當二氧化碳與氧氣的混合氣通過時，只有二氧化碳跟發生化學反應

　　伴隨這一化學反應的發生，氣體體積將會縮小，從氣體縮小的氣體體積，可以計算出混合氣中二氧化碳的體積。

　　從里出來的氣體只有氧氣，通入倒扣在水槽中的一氧化氮，發生的化學反應有：

　　①

　　②

　　把①、②兩個反應相加，得到的總反應式是：

　　③

　　從③式可以看出與的體積關系是：

　　4V3V

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

　　解答：設經后的氧氣體積為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，立即發生化學反應，當銅全部溶解時，共生成氣體1.12L。

　　（1）求在此化學反應中耗用硝酸的物質的量是多少mol？

　　（2）求生成氣體的體積分數是多少？

　　分析：銅跟濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，化學方程式是：

　　3.20g的Cu的物質的量是0.05mol，若銅反應完畢并全部生成時，所得氣體在標準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，這是因為銅跟一定量的濃硝酸反應時，開始階段硝酸還原為二氧化氮；隨著反應進行，硝酸的濃度逐漸下降，硝酸還原的主要產物是一氧化氮，這個反應的化學方程式是：

　　上述兩個反應生成的和的體積之和為1.12L（標準狀況），消耗銅的質量之和是3.20g，列出聯立方程逐步求解。不過，這種解法較為麻煩。簡便的解法立足于把銅與濃、稀硝酸的兩個化學反應視為一個整體，把硝酸分解為氧化劑硝酸和作為酸的硝酸兩個部分，找出這兩個反應的產物與硝酸耗量間的定量關系。生成、耗用的間的物質的量的關系是：

　　將、可以用（或2）表示，則生成氣體與氧化劑之間的定量關系是：

　　生成耗用的與耗用Cu的物質的量的關系是：

　　由此可以設計出最優化解題思路。

　　解答：3.20gCu的物質的量為0.05mol，1.12L（標準狀況）的物質的量為0.05mol。

　　（1）設作為氧化劑耗用的為mol，作為酸的為mol。

　　從與氧化劑的物質的量之比為1：1，可以得出：

　　又從，可以得出：

　　這一反應耗用的物質的量為：

　　（2）設為mol，則為

　　依電子守恒可得：

　　所以，在與混合氣中、的體積分數各占50%。

　　[例5]標準狀況下，將盛滿、、混合氣的集氣瓶，倒置于水槽中，結果水進入并充滿全瓶，無氣體剩余，設溶質只在瓶內水中未向水槽中擴散，則廣口瓶中得到的稀硝酸的物質的量濃度的大小范圍是（設濃度為）（）

　　A.B.

　　C.D.

　　分析：本題可能有的反應為：

　　…………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。設混合氣全部是和的混合氣，按①式反應，則設瓶的容積為，其中為4mol，生成為4mol，濃度為：

　　再設混合氣全部是和，按②式反應，設瓶的容積為，其中為4mol，生成也是4mol，則濃度為：

　　可見生成硝酸的濃度在至之間。

　　解答：B

　　點撥：根據生成4mol設溶液體積再運算時，思路較清楚。例如求滿盛的燒瓶做噴泉實驗后的物質的量濃度，由反應：

　　設燒瓶容積為，生成2mol，因有剩余，所以溶液體積為。濃度為：

　　【模擬訓練】

　　一.選擇題：

　　1.100gH2和O2的混合氣體，點燃爆炸后生成液態水，剩余10g氣體，則原氣體中H2和O2的質量分別為（）

　　A.H2－20g、O2－80gB.H2－30g、O2－70g

　　C.H2－40g、O2－60gD.H2－10g、O2－90g

　　2.在密閉容器內盛有H2、O2、Cl2的混合氣體，通過電火花點燃，三種氣體正好完全反應，冷卻至室溫后所得溶液中溶質質量分數為25.26%，則容器中原有H2、O2、Cl2的分子個數比是（）

　　A.9：4：1B.9：6：1C.13：6：1D.10：6：1

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

　　A.32gB.6.4gC.0.64gD.3.2g

　　4.0.62g磷在點燃條件下與0.04mol氯氣反應，產物為（）

　　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，若反應前后的溫度相同，則所得氣體中，CO的體積分數為（）

　　（假設空氣中N2、O2體積比為4：1，其他成分忽略不計）

　　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，雜質不參加反應）樣品，生成的CO2跟足量的石灰水反應，得到1.36g沉淀。該赤鐵礦石中Fe2O3的質量分數為（）

　　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，使其中的硫全部轉變為二氧化硫，把這些二氧化硫全部氧化轉變為硫酸，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量分數為（）

　　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硫粉放入試管內加熱，反應完全后將混合物與過量的稀H2SO4作用，能制取標準狀況下氣體體積為（）

　　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后，得到標準狀況下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，冷卻后發現混合物的質量減少4.9g，則原混合物中KOH和KHCO3組成為（）

　　A.KOH的物質的量＞KHCO3的物質的量

　　B.KOH的物質的量＜KHCO3的物質的量

　　C.KOH和KHCO3的物質的量相等

　　D.KOH和KHCO3以任意物質的量之比混合

　　二.填空題：

　　13.今有H2、Cl2混合氣100mL（標準狀況），其中一種氣體體積為45mL，光照使兩種氣體發生反應后恢復到標準狀況。為了說明反應后氣體中H2或Cl2有剩余，使剩余氣體通過100mL滴有藍色石蕊試液的水，并使剩余氣體干燥后恢復到標準狀況，若：

　　（1）溶液無變化且氣體體積為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的產率是96%，NO制HNO3產率是92%，HNO3跟NH3反應生產，則制HNO3所用去的氨氣的質量占總耗氨質量（不考慮生產中其他損耗）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%

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