化學(xué)化學(xué)計(jì)算題解題技巧——關(guān)系式法

1、化學(xué)計(jì)算題解題技巧關(guān)系式法第一課時(shí)：實(shí)際化工生產(chǎn)中以及化學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，往往涉及到多步反應(yīng)：從原料到產(chǎn)品可能要經(jīng)過若干步反應(yīng)；測定某一物質(zhì)的含量可能要經(jīng)過若干步中間過程。對(duì)于多步反應(yīng)體系，依據(jù)若干化學(xué)反應(yīng)方程式，找出起始物質(zhì)與最終物質(zhì)的量的關(guān)系，并據(jù)此列比例式進(jìn)行計(jì)算求解的方法，稱為“關(guān)系式”法。 關(guān)系式法常常應(yīng)用于多步進(jìn)行的連續(xù)反應(yīng)。在多步反應(yīng)中，第一步反應(yīng)的產(chǎn)物，即是下一步反應(yīng)的反應(yīng)物。根據(jù)化學(xué)方程式，每一步反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物之間有一定的量的關(guān)系，即物質(zhì)的量之比是一定的。所以，可以利用某中間物質(zhì)作為“中介”，找出已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系。它是化學(xué)計(jì)算中的基本解題方法之一，

2、利用關(guān)系式法可以將多步計(jì)算轉(zhuǎn)化為一步計(jì)算，免去逐步計(jì)算中的麻煩，簡化解題步驟，減少運(yùn)算量，且計(jì)算結(jié)果不易出錯(cuò)，準(zhǔn)確率高。 用關(guān)系式法解題的關(guān)鍵是建立關(guān)系式，而建立關(guān)系式一般途徑是： (1) 利用化學(xué)方程式之間的化學(xué)計(jì)量數(shù)間的關(guān)系建立關(guān)系式； (2) 利用化學(xué)方程式的加合建立關(guān)系式； (3) 利用微粒守恒建立關(guān)系式。 【例題1】用CO還原10.0 g某磁鐵礦石樣品(所含的雜質(zhì)不參加反應(yīng))，生成的CO2再跟過量的石灰水反應(yīng),得到12.8 g沉淀。求磁鐵礦石中Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。解析：本題發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有： Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O 可以用CO

3、2作為“中介”得出下列關(guān)系：Fe3O44 CO24 CaCO3,即：Fe3O44 CaCO3。然后利用兩者之間的質(zhì)量關(guān)系或物質(zhì)的量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行多步反應(yīng)的計(jì)算時(shí)，一般的解題步驟為：(1)寫出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式；(2)根據(jù)化學(xué)方程式找出作為中介的物質(zhì)，并確定已知物質(zhì)、中介物質(zhì)、所求物質(zhì)之間的量(質(zhì)量或物質(zhì)的量或相同條件下氣體的體積)的關(guān)系；(3)確定已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系；(4)根據(jù)所確定的已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系和已知條件進(jìn)行計(jì)算。答案：本題發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有： Fe3O4+4CO3Fe+4CO2 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O根據(jù)化學(xué)方程式，找出關(guān)系式：F

4、e3O4 4 CaCO3232 400 m(Fe3O4) 12.8 g m(Fe3O4) 7.42 g (Fe3O4) 74.2% 答：該磁鐵礦石中Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74.2%。 【例題2】0.6 mol鎂與足量稀硫酸反應(yīng)，得到的氫氣與多少克氯酸鉀完全分解制得的氧氣恰好完全反應(yīng)？ 解析：此題涉及三個(gè)化學(xué)方程式 Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2 2H2 + O2 2H2O 2KClO3 2KCl + 3O2 由以上方程式可得下列關(guān)系式 Mg H2 1/2 O2 1/3 KClO3 即 3Mg KClO3 3 mol 122.5 g 0.6 mol m(KClO3) m(KClO

5、3)24.5 g【針對(duì)性訓(xùn)練】1. (1) 根據(jù)下列反應(yīng)找出FeS2與KMnO4的關(guān)系式4FeS2+11O2 2Fe2O3 + 8SO22KMnO4+5SO2+2H2O = K2SO4+2MnSO4+2H2SO4(2) 根據(jù)下列反應(yīng)找出C和NH3的關(guān)系C+H2O(g)CO+H2 CO+H2O(g)CO2+H2 N2+3H2 2NH3 2. 2.7 g某銨態(tài)氮肥(不含NO3)與過量氫氧化鈣混合后加熱，將放出的氨氣通入25 mL 2 mol/L的H2SO4溶液中，氨被充分吸收后，剩余的H2SO4恰好跟20 mL 3 mol/L的NaOH溶液反應(yīng)。求該銨態(tài)氮肥中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第二課時(shí)：【例題3】為測

6、定某石灰石中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，稱取W g石灰石樣品，加入過量的濃度為6 mol/L的鹽酸，使它完全溶解，加熱煮沸，除去溶解的CO2，再加入足量的草酸銨(NH4)2C2O4溶液后，慢慢加入氨水降低溶液的酸度，則析出草酸鈣沉淀：C2O+Ca2+=CaC2O4，過濾出CaC2O4后，用稀硫酸溶解：CaC2O4+H2SO4=H2C2O4+CaSO4，再用蒸餾水稀釋溶液至V0 mL。取出V1 mL用a mol/L的KMnO4酸性溶液滴定，此時(shí)發(fā)生反應(yīng)：2MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2+10CO2+8H2O，若滴定終點(diǎn)時(shí)消耗a mol/L的KMnO4 V2 mL，計(jì)算樣品中CaCO3的質(zhì)量分

7、數(shù)。解析：本題涉及到化學(xué)方程式或離子方程式為：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2C2O+Ca2+=CaC2O4CaC2O4+H2SO4=H2C2O4+CaSO42MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2+10CO2+8H2O由此得出相應(yīng)的關(guān)系式：5CaCO35Ca2+5CaC2O45H2C2O42MnO4 5 2n1(CaCO3) aV2×10-3 moln1(CaCO3) = 2.5 aV2×10-3 mol 樣品中：n(CaCO3) = 2.5 aV2×10-3× mol 則：(CaCO3) =【針對(duì)性訓(xùn)練】3. 實(shí)驗(yàn)室測定鐵礦石中的含

8、硫量是將礦石在氧氣流中灼燒，使硫轉(zhuǎn)化為SO2，再轉(zhuǎn)化為硫酸，然后用NaOH溶液中和測定。在氧氣流中灼燒0.4 g含硫鐵礦石，使其中的硫元素轉(zhuǎn)化為H2SO4，用20 mL 0.5 mol/L的NaOH溶液恰好完全中和這些H2SO4，則礦石中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為( ) A. 30% B. 40% C. 53.3% D.36.4%4. 標(biāo)準(zhǔn)狀況下有O2和Cl2組成的混合氣體共500 mL，通入H2，使其恰好完全燃燒，用水吸收，得250 mL溶液。從中取出25 mL，用0.125 mol/L NaOH 20 mL恰好中和，則與混合氣體反應(yīng)的H2的體積為（ ）A280mL B440mL C500mL D720

9、mL5. 金屬錫(Sn)的純度可以通過下述方法分析：將試樣溶于鹽酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Sn2HClSnCl2H2，再加入過量的FeCl3溶液，發(fā)生如下反應(yīng)：SnCl22FeCl3SnCl42FeCl2，最后用已知濃度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：6FeCl2K2Cr2O714HCl6FeCl32KCl2CrCl37H2O現(xiàn)有金屬錫試樣0.613 g，經(jīng)上述各步反應(yīng)后，共用去0.100 mol/L K2Cr2O7溶液16.0 mL。求試樣中錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(假定雜質(zhì)不參加反應(yīng)，錫的相對(duì)原子質(zhì)量為119)。第三課時(shí)：【例題4】一定溫度下，w g下列物質(zhì) (1)H2，(2)

10、CO，(3)CO和H2，(4)HCOOCH3，(5) HOOCCOOH，在足量氧氣中完全燃燒，將產(chǎn)物與過量的過氧化鈉完全反應(yīng)，固體增重 w g，符合此要求的是（ ）A全部 B（4）（5） C（1）（2）（3） D（1）（2）（3）（4）解析：本題的特點(diǎn)是，要在正確書寫化學(xué)反應(yīng)方程式的基礎(chǔ)上，將各步化學(xué)方程式進(jìn)行加合，即可找出規(guī)律。 2H2+O2 2H2O，2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2將兩個(gè)化學(xué)方程式疊加即得：H2+Na2O2=2 NaOH2CO+O2 2CO2，2CO2+ 2Na2O2=2Na2CO3+O2將兩個(gè)化學(xué)方程式疊加即得：CO+ Na2O2= Na2CO3由疊加后的兩方程

11、式可知，要想固體增加的質(zhì)量就是原反應(yīng)物的質(zhì)量，必須是CO 或H2或CO與 H2 的 混合物或有有機(jī)物的組成相當(dāng)于是CO與 H2的混合物。(4)的化學(xué)式為C2H4O2, 滿足上述要求,(5)的化學(xué)式為C2H4O2，不滿足上述要求，因此答案為D。【例題5】工業(yè)上制硫酸的主要反應(yīng)如下：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2 2SO2+O22SO3SO3+H2O=H2SO4。用黃鐵礦可以制取H2SO4，再用H2SO4可以制取化肥(NH4)2SO4。煅燒含 FeS2 80.0% 的黃鐵礦 80.0 t，最終生產(chǎn)出 83.6 t (NH4)2SO4。已知 NH3 的利用率為 92.6%，H2SO4 的

12、利用率為 95.0%，試求黃鐵礦制取H2SO4 時(shí)的損失率。解析：首先須搞清 H2SO4 的利用率與 FeS2 利用率的關(guān)系。并排除 NH3 利用率的干擾作用。其次，根據(jù) S 原子守恒找出已知量 FeS2 與未知量(NH4)2SO4的關(guān)系(設(shè)黃鐵礦的利用率為x)：FeS2 2H2SO4 2(NH4)2SO4120 26480.0 t×80.0%×95.0%·x 83.6 tx=62.5%黃鐵礦的損失率為：1.0062.5%=37.5%。 (1)原料利用率(或轉(zhuǎn)化率) = ×100%(2)產(chǎn)物產(chǎn)率 = ×100%(3)中間產(chǎn)物的損耗量(或轉(zhuǎn)化率、

13、利用率)都可歸為起始原料的損耗量(或轉(zhuǎn)化率、利用率)(4)元素的損失率 = 該化合物的損失率【針對(duì)性訓(xùn)練】6. 把30 mL NO2和O2的混合氣體,通入倒立于水槽中裝滿水的量筒中,最后剩余7.5 mL氣體,求原混合氣體的組成。7. 已知某廠每天排出 10000 m3 尾氣(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，內(nèi)含 0.268%(體積分?jǐn)?shù))的SO2，SO2可完全轉(zhuǎn)化為 H2SO4，若用黃鐵礦來生產(chǎn)同樣多的H2SO4，則需要多少克含 FeS2 78.2% 的黃鐵礦？8. 工廠實(shí)驗(yàn)室欲從含F(xiàn)eCl3 6.5%、密度為1.25 g/cm3 的工業(yè)廢水中提取純鐵粉，首先用NaOH溶液將廢水中的FeCl3轉(zhuǎn)化為Fe(O

14、H)3，得到Fe2O3,用氫氣還原Fe2O3生成鐵粉。今欲用此方法從廢水中制得11.2 g鐵粉，需要廢水多少升？(提示：廢水中其他雜質(zhì)不與NaOH反應(yīng))9. 某合成氨廠，日生產(chǎn)能力為30 t，現(xiàn)以NH3為原料生產(chǎn)NH4NO3，若硝酸車間的原料轉(zhuǎn)化率為92%，氨被吸收生產(chǎn)NH4NO3的吸收率為98%，則硝酸車間日生產(chǎn)能力應(yīng)為多少噸才行？第四課時(shí)：【例題6】把29 g Fe和S的混合物在密閉條件下加熱充分后冷卻到室溫,再加入足量的稀硫酸溶液,放出的氣體在標(biāo)況下的體積為8.4 L，則原混合物中S和Fe的物質(zhì)的量之比為( )。解析：本題如果用化學(xué)方程式計(jì)算，由于原混合物中哪一種過量無法確定，因而難于求

15、解。而巧解在于找出鐵與氣體之間的關(guān)系。Fe+S FeS ；FeS+H2SO4=H2S+FeSO4而Fe過量時(shí)又會(huì)發(fā)生：Fe+H2SO4=H2+FeSO4 ,分析三個(gè)化學(xué)方程式可知，產(chǎn)生的氣體體積只與Fe 的量有關(guān),而與S的量無關(guān)。1 mol Fe1 mol FeS1 mol H2S；1 mol Fe1 mol H2，綜合可得關(guān)系式：1 mol Fe1mol氣體n(Fe) = 0.375 molm(Fe) = 0.375 mol×56 g/mol = 21 gn(S) = (29 g21 g)÷32 g/mol = 0.25 moln(S)n(Fe) = 0.25 mol0.375 mol = 23【針對(duì)性訓(xùn)練】10. 有下列三組固體混合物： (1) Na2O2、NaOH混合物，含Na元素58%(2) FeSO4、Fe2(SO4)3的混合物，含鐵元素31%(3) Na2S、Na2SO3、Na2SO4的混合物，含硫元素25.6%(以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))則上述固體混合物中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為、。11現(xiàn)有Na2S、Na2SO3、Na2SO4的混合物，甲、乙、丙三位同學(xué)測得混合物含硫量分別為48