化工生產及定量分析中的綜合計算問題練與析.doc

化工生產及定量分析中的綜合計算問題練與析江蘇省蘇州實驗中學高三化學備課組本案例設置的指導思想：化學計算對于高中學生來說一直是個難度相對較大的板塊，對學生的能力要求比較高?；瘜W計算問題設置的角度和題型比較多，而最近幾年江蘇高考化學試卷中有關計算的題目有所減少，主要出現(xiàn)的方式為與其它板塊的知識內容以及題型相交叉。結合化工生產過程中的具體情景設置計算型問題是最近幾年考察學生綜合分析及計算能力的常見形式之一，化學定量分析中的計算也是高中學生應該掌握的重要內容。我校高三備課組主要針對該部分內容，精心挑選出相關的試題，通過同學的自主分析練習和老師的分析講解，力求能夠在該部分問題的解決能力上有所提高。問題的重心主要在原料的投料比、轉化率、定量分析等方面。問題示例1（有關氨、氮肥等物質的生產方面）：某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分數(shù)為0.2）為原料生產硝酸銨過程如下： 其中反應為4NH35O24NO6H2O步驟中發(fā)生了兩個反應，將這兩個化學方程式合并為一個化學方程式，可表示為_。若不考慮副反應且各步反應均完全，為使生產過程中不再補充空氣，則原料氣中氨（包括第步被硝酸吸收的氨）的體積分數(shù)最大值為_。假設實際生產中，反應、中含氮物質的利用率分別為a、b，反應中氨的利用率為c、硝酸的利用率為100，則合成硝酸銨的整個流程中，氨的總利用率是多少？（要求寫出解題過程）分析：該問題前兩個問題主要考察學生對若干個反應進行加和后得到總的變化結果的方法，大多數(shù)同學都可以順利解決，最后一問則考察有關利用率問題，稍有難度。 答案.（1）4NO3O22H2O4HNO3 （2）1/6（或16.7%） （3）解法一：假設消耗NH3的總物質的量為1mol，其中用于制取HNO3的NH3的物質的量為x mol，被HNO3吸收的NH3的物質的量為ymol，則有：xy1、abxcy。解得：x y 氨的總利用率（xabyc）1 解法二：假設第步參加反應的氨氣的物質的量為4mol，則：生成硝酸的物質的量4abmol；尿素（CO（NH2）2）NH4NO3 NH3 O2 空 氣N2 天然氣H2O 催化劑CO2 H2 第步需要氨氣的物質的量為mol；氨的總利用率 一定條件動手練1：以天然氣為原料合成氨是新的生產氮肥的方法，它具有污染小、成本低等諸多特點，其過程大體如下： 某工廠以標準狀況下的含CH4 89.6%的天然氣100 m3為原料經過上述過程，生產尿素和硝酸銨。 合成氨生產過程中氨的產率為60%，假設其它各步反應均完全且不考慮副反應，求100 m3的天然氣可生產尿素的質量。（注：產率為實際產量與理論產量之比） 為使硝酸生產過程中不再補充空氣，假設各步反應均完全且氨中氮元素全部轉化為HNO3，空氣中氧氣的體積分數(shù)設為20%，求由氨氣和空氣組成的原料氣中 (不包含被硝酸吸收的氨氣)氨氣與空氣的體積比。 實際生產中，若氨的產率為60%，硝酸的產率為80%，求100 m3的天然氣最多可生產硝酸銨的質量。動手練1答案.（1）192kg （2）1：10 （3）2276kg 動手練2：. 工業(yè)上用丁烷氧化法制醋酸，反應的化學方程式可表示為：2C4H105O24CH3COOH2H2O現(xiàn)用58噸丁烷為原料制取醋酸，求：（1）理論上需要標準狀況下的空氣 m3（設空氣中O2、N2的體積分數(shù)分別為0.2、0.8），同時生成水 噸。（2）若生成的醋酸溶解在生成的水中，所得醋酸的質量分數(shù)為 %。（3）若同時生產質量分數(shù)為100%的冰醋酸m1噸和質量分數(shù)為50%的醋酸m2噸，且，需補充水y噸，則y與x的關系式為 ；若不補充水，則m1m2 。動手練2答案（1）2.8105 ；18 （2）86.96% （3） ；138問題示例2（關于氯堿工業(yè)）工業(yè)上生產鹽酸，必須先合成氯化氫氣體，生產中得到的氯化氫氣體中或多或少都會含有生成氯化氫的一種反應物，將該混合物用蒸水吸收可得一定濃度的純鹽酸，此過程中逸出的氣體可以循環(huán)利用。(1)寫出工業(yè)電解食鹽水制取H2和Cl2的化學方程式： 。(2)工業(yè)上要得到純鹽酸并保障工人工作安全，如何合成氯化氫是關鍵的一步。則下列合成氯化氫氣體的方法能達到生產目的的是_。A點燃H2和Cl2的混合物，二者體積(標準狀況下測定)比為11最合適B點燃H2和Cl2的混合物，二者體積(同溫同壓下測定)比不應為11C純凈的H2在過量的Cl2中安靜地燃燒 D純凈的Cl2在過量的H2中安靜地燃燒(3)工業(yè)上電解質量分數(shù)為23.4的精制食鹽水a kg，電解后殘液的密度為 kgL。將產生的H2、Cl2在一定條件下反應制成質量分數(shù)為36.5的鹽酸b kg，已知H2、C12的利用率均為c。殘液中氯化鈉的質量分數(shù)（用含a、b、c的代數(shù)式表示）為多少？。殘液中NaOH的物質的量濃度（用含a、b、c、的代數(shù)式表示）為多少？ 解析：(2)不論H2在Cl2中燃燒，還是Cl2在H2中燃燒，都是H2和Cl2的反應，反應的溫度條件是相同的，前者產生的HCl中混有一定的Cl2，后者產生的HCl中混有一定量的H2，HCl(Cl2)溶于水得到鹽酸和氯水的混合液，HCl(H2)溶于水得到純鹽酸，H2可以循環(huán)利用。(3)根據氯元素守恒可得關系式：NaClCl2HCl，電解過程中消耗NaCl的質量為：=58.5b/ckg，電解過程中溶液減少的質量為放出氣體的質量，其質量為：=36.5b/c kg，最后易求得殘液中NaCl的質量分數(shù)和NaOH的物質的量濃度。答案： (1)2NaCl2H2OH2Cl22NaOH (2)D(3)w(NaCl)100 c(NaOH)10mol/L問題示例3火法煉鋅是將閃鋅礦(主要含ZnS)焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風爐中加熱至11001300，使鋅蒸餾出來(設空氣中N2、02的體積分數(shù)分別為0.8、0.2)。主要反應為：焙燒爐中：2ZnS(s)+3 O22ZnO(s)+2SO2 (g) 鼓風爐中：2C(s)+ O2 (g) 2C0(g) 鼓風爐中：ZnO(s)+CO(g) Zn(g)+CO2(g) (1)ZnS質量分數(shù)為62的閃鋅礦(雜質不含鋅)鋅的質量分數(shù)為_(保留小數(shù)點后一位數(shù)字)。(2)焙燒爐產生的爐氣中SO2的體積分數(shù)不超過_(保留小數(shù)點后一位數(shù)字)。(3)鼓風爐容積固定，爐內部分氣態(tài)物質物質的量濃度(mol/L)變化如下： 時間min C0 Zn CO2 0 0.11 0 0 2 0.1 0.01 0.01 3 0.01 0.1 0.1 4 0.01 0.1 0.1則鼓風爐中C0的總轉化率為_；若生產中C0的總利用率為98，則每生產1 mol Zn至少需補充焦炭_g。(4)若ZnS全部轉化為Zn。焙燒爐出來的N2、O2、SO2的混合氣體中N2占82.5，鼓風爐中C0的轉化率為62.5，而O2無剩余。則每生產1molZn，應向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共為_L(STP)。問題示例4工業(yè)上可用下列反應來制取純硅：反應：Si(粗硅)+3HCl(g)=SiHCl3(l)+H2(g) 反應：SiHCl3(l)+H2(g) = Si(純硅)+3HCl(g) 。假設在每一輪次的投料生產中，硅元素無損失，反應中HCl的利用率為60%，反應中H2的利用率為80%。則下一輪次的生產中，需補充投入HCl 和H2的體積比為 A. 4 1 B. 81 C. 23 D. 35問題示例5（定量分析問題）化學在環(huán)境監(jiān)測中越來越顯示其重要作用，水體受還原性物質(主要是有機物)污染的程度常用化學需氧量(COD)來衡量。COD是指在一定條件下，用強氧化劑處理一定體積水樣時所消耗的強氧化劑相當于氧氣的質量，單位用mgL表示。重鉻酸鉀法是指在強酸性溶液中，用一定量的重鉻酸鉀氧化(以Ag+作催化劑)水樣中的還原性物質，本身被還原為Cr3+，過量的重鉻酸鉀以試劑亞鐵靈作指示劑，用硫酸亞鐵銨溶液回滴，根據相關試劑的用量即可求出水樣的化學需氧量(COD)。 (1)當水樣中含有濃度較高C1時，常需加入HgS04溶液，HgS04作用及可能原因是： 。 (2)滴定時硫酸亞鐵銨溶液需盛放在 (選填：“酸”或“堿”) 式滴定管中。 (3)國家生活飲用水標準檢驗法 (GB575085)中酚類的檢測下限為0002mgL。某水源受化工廠污染，酚含量達0.282 mgL，該污染的水樣中酚(以苯酚氧化成C02計算)引起的化學需氧量(COD)為 mgL。 (4)某化工園區(qū)有兩家企業(yè)排放出的廢水中，某次COD測量值高達2100mgL，這兩家企業(yè)最有可能是 。a制糖廠 b水泥廠 c電鍍廠 d造紙廠 (5)現(xiàn)有某廢水樣品10OOmL,再加10mL蒸餾水，然后加入1000mL0.04000molL K2Cr207溶液，3mLl硫酸硫酸銀溶液，17mL硫酸汞溶液，加熱反應2h。在試亞鐵靈指示劑存在下用 01000molL Fe(NH4+)2(S04)2溶液滴定多余的K2Cr207，共用去Fe(NH4+)2(S04)2溶液1200mL。試計算該水樣的化學需氧量(COD)。問題示例5答案（1）作用是：Hg2+與Cl結合，以消除Cl的干擾?？赡茉蚴牵篊l能被酸性重鉻酸鉀氧化,并且能與催化劑Ag+作用產生沉淀,影響測定結果。（2）酸 （3）0.672 （4）ad （5）960mg/L動手練3：Na2S2O35H2O（俗稱海波）是照相業(yè)常用的一種定影劑。工業(yè)上制得的Na2S2O35H2O晶體中可能含有Na2SO3。為測定某海波樣品的成分，稱取三份質量不同的該樣品，分別加入相同濃度的硫酸溶液30 mL，充分反應（Na2S2O3H2SO4=Na2SO4SO2SH2O）后濾出硫，微熱濾液使SO2全部逸出。測得有關實驗數(shù)據如下表（氣體體積已換算為標準狀況）。第一份第二份第三份樣品的質量/g6.83013.66030.000二氧化硫氣體的體積/L0.6721.3442.688硫的質量/g0.8001.6003.200（1）所用硫酸溶液的物質的量濃度為 。（2）樣品中n(Na2S2O35H2O)：n(Na2SO3)= 。（3）某環(huán)境監(jiān)測小組用上述海波樣品配制含Na2S2O3 0.100 molL-1的海波溶液，并利用它測定某工廠廢水中Ba2+的濃度。他們取廢水50.00 mL，控制適當?shù)乃岫燃尤胱懔康腒2Cr2O7溶液，得BaCrO4沉淀；沉淀經洗滌、過濾后，用適量的稀鹽酸溶解，此時CrO42-全部轉化為Cr2O72-；再加過量KI溶液，充分反應后，用上述配制的海波溶液進行滴定，反應完全時，測得消耗海波溶液的體積為36.00 mL。已知有關反應的離子方程式為：Cr2O72- + 6I- + 14H+ 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O I2 + 2S2O32- 2I- + S4O62- I2 + SO32- + H2O 2I- + SO42- + 2H+則滴定過程中可用 作指示劑。計算該工廠廢水中Ba2+的物質的量濃度。動手練3：該問題綜合性比較強，前兩個問題考察學生將化學反應過程和表格中的數(shù)據結合起來進行分析的能力，第三個問題則重點考察定量分析的計算，若審題不到位很容易忽視樣品中的亞硫酸根離子的作用而導致結果出錯。答案：（1）4 molL-1（2）51（3）淀粉 解：由（2）知：n(Na2S2O3) = 0.036L0.100 molL-1 = 0.0036mol 則：n(Na2SO3) = 0.0036mol5 = 0.00072mol 根據題意：2BaCrO4 Cr2O72- 3I2 6S2O32- n1(BaCrO4) = = 0.0012mol2BaCrO4 Cr2O72- 3I2 3SO32- n2(BaCrO4) = = 0.00048mol則：c(Ba2+) = = 3.3610-2 molL-1 動手練4：2008年我國南方地區(qū)遭受了歷史上罕見的特大的冰雪，交通堵塞，電網中斷，給群眾的生活帶來很多困難?；瘜W試劑氯化鈣作為融雪劑在抗雪災中起了一定的作用。氯化鈣是用途廣泛的化學試劑，可作干燥劑、冷凍劑、防凍劑等。為了測定某氯化鈣樣品中鈣的含量，進行如下實驗： 準確稱取氯化鈣樣品0.2312 g，放入燒杯中，加入適量6 mol/L的鹽酸和適量蒸餾水使樣品完全溶解，再滴加35.00 mL 0.25 mol/L (NH4)2C2O4溶液，水浴加熱，逐漸生成CaC2O4沉淀，經檢驗，Ca2已沉淀完全。 過濾并洗滌所得沉淀。 加入足量的10% H2SO4和適量