化工生產(chǎn)與定量分析中的綜合計(jì)算問(wèn)題練與析

1、化工生產(chǎn)及定量分析中的綜合計(jì)算問(wèn)題練與析省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三化學(xué)備課組本案例設(shè)置的指導(dǎo)思想：化學(xué)計(jì)算對(duì)于高中學(xué)生來(lái)說(shuō)一直是個(gè)難度相對(duì)較大的板塊，對(duì)學(xué)生的 能力要求比較高?；瘜W(xué)計(jì)算問(wèn)題設(shè)置的角度和題型比較多，而最近幾年高考化學(xué)試卷中有關(guān)計(jì)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(shí)容以及題型相交叉。結(jié)合化工生產(chǎn)過(guò)程中的具 體情景設(shè)置計(jì)算型問(wèn)題是最近幾年考察學(xué)生綜合分析及計(jì)算能力的常見(jiàn)形式之一，化學(xué)定量分析中 的計(jì)算也是高中學(xué)生應(yīng)該掌握的重要容。我校高三備課組主要針對(duì)該部分容，精心挑選出相關(guān)的試 題，通過(guò)同學(xué)的自主分析練習(xí)和老師的分析講解，力求能夠在該部分問(wèn)題的解決能力上有所提高。 問(wèn)題的重心主

2、要在原料的投料比、轉(zhuǎn)化率、定量分析等方面。問(wèn)題示例1 （有關(guān)氨、氮肥等物質(zhì)的生產(chǎn)方面）：某化肥廠以氨和空氣（其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為0.2 ）為原料生產(chǎn)硝酸銨過(guò)程如下：催化劑其中反應(yīng)為 4NH 3 + 50 2 4NO + 6H 2OA步驟中發(fā)生了兩個(gè)反應(yīng)，將這兩個(gè)化學(xué)方程式合并為一個(gè)化學(xué)方程式，可表示為 若不考慮副反應(yīng)且各步反應(yīng)均完全，為使生產(chǎn)過(guò)程中不再補(bǔ)充空氣，則原料氣中氨（包括第步被硝酸吸收的氨）的體積分?jǐn)?shù)最大值為 。假設(shè)實(shí)際生產(chǎn)中，反應(yīng)、中含氮物質(zhì)的利用率分別為a、b，反應(yīng)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(gè)流程中，氨的總利用率是多少？（要求寫(xiě)出解題過(guò)程） 分析

3、：該問(wèn)題前兩個(gè)問(wèn)題主要考察學(xué)生對(duì)若干個(gè)反應(yīng)進(jìn)行加和后得到總的變化結(jié)果的方法，大多數(shù)同學(xué)都可以順利解決，最后一問(wèn)則考察有關(guān)利用率問(wèn)題，稍有難度。答案.（1） 4NO + 30 2 + 2H 20 = 4HNO 3（2 ） 1/6 （或 16.7% ）（3）解法一：假設(shè)消耗NH3的總物質(zhì)的量為1mol，其中用于制取HNO 3的NH 3的物質(zhì)的量為x mol ,被HNO 3吸收的NH3的物質(zhì)的量為 ymol，則有：x+ y = 1、abx = cy。解得:cx =ab cabab c氨的總利用率=2abc xab + yc) / 1 =ab c解法二：假設(shè)第步參加反應(yīng)的氨氣的物質(zhì)的量為4mol ,則

4、：生成硝酸的物質(zhì)的量4abmol ;第步需要氨氣的物質(zhì)的量為4ab mol ;氨的總利用率=c4ab 4ab = 2abc4 4ab ab cc動(dòng)手練1 ：以天然氣為原料合 成氨是新的生產(chǎn)氮肥的方法，它具有污染小、成本低等諸多特點(diǎn)，其H2O天然氣催化劑CO2N2空氣H2NHl。一定條件尿素(CO (NH 2) 2)NH4NO3過(guò)程大體如下:某工廠以標(biāo)準(zhǔn)狀況下的含 CH 4 89.6%的天然氣100 m 3為原料經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，生產(chǎn)尿素和硝酸銨。合成氨生產(chǎn)過(guò)程中氨的產(chǎn)率為60%，假設(shè)其它各步反應(yīng)均完全且不考慮副反應(yīng)，求100 m 3的天然氣可生產(chǎn)尿素的質(zhì)量。(注：產(chǎn)率為實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量之比)為使

5、硝酸生產(chǎn)過(guò)程中不再補(bǔ)充空氣， 假設(shè)各步反應(yīng)均完全且氨中氮元素全部轉(zhuǎn)化為HNO 3，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)設(shè)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(shí)際生產(chǎn)中，若氨的產(chǎn)率為60%，硝酸的產(chǎn)率為80%，求100 m 3的天然氣最多可生產(chǎn)硝酸銨的質(zhì)量。動(dòng)手練 1 答案.(1) 192kg(2 ) 1 : 10( 3) 227 . 6kg動(dòng)手練2 :.工業(yè)上用丁烷氧化法制醋酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為：一定條件2C4H10 + 50 24CH 3COOH + 2H2O現(xiàn)用58噸丁烷為原料制取醋酸，求：(1 )理論上需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣 m 3 (設(shè)空氣中

6、02、N2的體積分?jǐn)?shù)分別為 0.2、0.8 ),同時(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %。(3)若同時(shí)生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的冰醋酸m1噸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%的醋酸m2噸，且匹x，需mb補(bǔ)充水y噸，則y與x的關(guān)系式為 ;若不補(bǔ)充水，則 m1 + m2 =。動(dòng)手練 2 答案.(1) . 2.8 X 10 ； 18(2) . 86.96%(3). y 102 36x ； 1382x 1問(wèn)題示例2 (關(guān)于氯堿工業(yè)) 工業(yè)上生產(chǎn)鹽酸，必須先合成氯化氫氣體，生產(chǎn)中得到的氯化氫氣體中或多或少都會(huì)含有生成氯化氫的一種反應(yīng)物，將該混合物用蒸水吸收可得一定濃度的純鹽酸.，此過(guò)

7、程中逸出的氣體可以循環(huán)利用。(1) 寫(xiě)出工業(yè)電解食鹽水制取H2和Cl 2的化學(xué)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(guān)鍵的一步。則下列合成氯化氫氣體的方法能達(dá)到生產(chǎn)目的的是 。A .點(diǎn)燃H2和Cl2的混合物，二者體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定)比為1 ：1最合適 B .點(diǎn)燃H2和Cl2的混合物，二者體積(同溫同壓下測(cè)定)比不應(yīng)為1 ：1C .純凈的H2在過(guò)量的Cl 2中安靜地燃燒D .純凈的Cl2在過(guò)量的H2中安靜地燃燒(3) 工業(yè)上電解質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 23.4 %的精制食鹽水a(chǎn) kg,電解后殘液的密度為pkg / L。將產(chǎn)生的H2、Cl2在一定條件下反應(yīng)制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

8、36.5 %的鹽酸b kg，已知H2、C1 2的利用率均為c%。 殘液中氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(用含a、b、c的代數(shù)式表示)為多少？。 殘液中NaOH的物質(zhì)的量濃度(用含 a、b、c、p的代數(shù)式表示)為多少？解析：(2)不論H2在Cl2中燃燒，還是Cl 2在H2中燃燒，都是H2和Cl 2的反應(yīng)，反應(yīng)的溫度條 件是相同的，前者產(chǎn)生的HCI中混有一定的 Cl2，后者產(chǎn)生的HCI中混有一定量的 H2, HCI(CI 2)溶于水得到鹽酸和氯水的混合液，HCI(H 2)溶于水得到純鹽酸，H2可以循環(huán)利用。 根據(jù)氯元素守恒可得關(guān)系式：NaCI丄Cl2HCI ,電解過(guò)程中消耗NaCl的質(zhì)量為：236.5% b c

9、%58 5 =58.5 b/ ckg，電解過(guò)程中溶液減少的質(zhì)量為放出氣體的質(zhì)量，其質(zhì)量為：36.5c%36.5% b=36.5 Xb/ c kg，最后易求得殘液中 NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和 NaOH的物質(zhì)的量濃度。答案：(1)2NaCI + 2H2OH2 f + Cl2 f + 2NaOH (2)D0.234ac 58.5b100 pbw(NaCI) = ac 36.5b x 100 % c(NaOH) = ac 36.5b x 10mol/L問(wèn)題示例3 .火法煉鋅是將閃鋅礦(主要含ZnS)焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風(fēng)爐中加熱至1100 1300別為0.8、0.2)。主要反應(yīng)

10、為：焙燒爐中：鼓風(fēng)爐中：2C(s)+ O 2 (g) 2C0(g)鼓風(fēng)爐中：Zn O(s)+CO(g) Zn (g)+COC,使鋅蒸餾出來(lái)(設(shè)空氣中 N2、02的體積分?jǐn)?shù)分2Z nS(s)+3 O2 2Z nO (s)+2SO2 (g)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2(g)(1) ZnS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 62 %的閃鋅礦(雜質(zhì)不含鋅數(shù)字)°(2) 焙燒爐產(chǎn)生的爐氣中SO 2的體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)(3) 鼓風(fēng)爐容積固定，爐部分氣態(tài)物質(zhì)物質(zhì)的量濃度% (保留小數(shù)點(diǎn)后一位% (保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字(mol/L) 變化如下：Zn 至少需補(bǔ)充焦炭時(shí)間/ minC0ZnCO 200.110020.10.010.0130.0

11、10.10.140.010.10.1;若生產(chǎn)中 C0的總利用率為 98 %,則每生產(chǎn)1 mol和H2的體積比為A. 4 : 1B. 8 : 1C. 2 : 3D. 3 : 5則鼓風(fēng)爐中 C0的總轉(zhuǎn)化率為g °(4) 若ZnS全部轉(zhuǎn)化為 Zn ° 焙燒爐出來(lái)的 N2、02、SO2 的混合氣體中 N2占 82.5 %,鼓風(fēng)爐中 C0的轉(zhuǎn) 化率為62.5 %,而O 2無(wú)剩余。則每生產(chǎn)1molZn ，應(yīng)向焙燒爐和鼓風(fēng)爐中鼓入新鮮空氣共為L(zhǎng)(STP) °問(wèn)題示例 4 .工業(yè)上可用下列反應(yīng)來(lái)制取純硅：反應(yīng)：Si(粗硅)+3HCl(g)=SiHCl3(l)+H 2(g)反應(yīng)：S

12、iHCl 3(l)+H 2(g) = Si(純硅)+3HCl(g)。假設(shè)在每一輪次的投料生產(chǎn)中，硅元素?zé)o損失，反應(yīng)中HCI的利用率為60%，反應(yīng)中H 2的利用率為80%。則下一輪次的生產(chǎn)中，需補(bǔ)充投入HCI問(wèn)題示例 5 (定量分析問(wèn)題)化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中越來(lái)越顯示其重要作用，水體受還原性物質(zhì)(主要是有機(jī)物)污染的程度常用化學(xué)需氧量(COD)來(lái)衡量。COD是指在一定條件下，用強(qiáng)氧化劑處理一定體積水樣時(shí)所消耗的強(qiáng)氧化劑相當(dāng)于氧氣的質(zhì)量，單位用mg/L表示。重鉻酸鉀法是指在強(qiáng)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(zhì)，本身被還原為Cr3+，過(guò)量的重鉻酸鉀以試劑亞鐵靈作指示

13、劑，用硫酸亞鐵銨溶液回滴，根據(jù)相關(guān)試劑的用量即可求出水樣 的化學(xué)需氧量(COD) °(1) 當(dāng)水樣中含有濃度較高 C1 時(shí)，常需加入HgS0 4溶液，HgS0 4作用及可能原因是： °(2) 滴定時(shí)硫酸亞鐵銨溶液需盛放在 (選填：“酸”或“堿”)式滴定管中。國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法(GB5750 85)中酚類(lèi)的檢測(cè)下限為 0. 002mg / L°某水源受化工廠污染，酚含量達(dá) 0.282 mg / L,該污染的水樣中酚(以苯酚氧化成 C0 2計(jì)算)引起的化學(xué)需 氧量(COD)為mg / L °(4) 某化工園區(qū)有兩家企業(yè)排放出的廢水中，某次COD測(cè)量值高

14、達(dá)2100mg / L ,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10 .OOmL,再加10mL 蒸餾水，然后加入10 . 00mL0.04000mol/ L心0207溶液，3mLl %硫酸一硫酸銀溶液，17mL硫酸汞溶液，加熱反應(yīng)2h。在試亞鐵靈指示劑存在下用0.1000mol / L Fe(NH 4+)2(S04)2 溶液滴定多余的 3207，共用去 Fe(NH 4+)2(S0 4)2 溶液 12 . 00mL ° 試計(jì)算該水樣的化學(xué)需氧量(COD) °問(wèn)題示例 5答案(1 )作用是：Hg2+與CL結(jié)合，以消除Cl

15、_的干擾。可能原因是： CL能被 酸性重鉻酸鉀氧化,并且能與催化劑 Ag+作用產(chǎn)生沉淀，影響測(cè)定結(jié)果。(2 )酸 (3 )0.672( 4)ad ( 5) 960mg/L動(dòng)手練3 : Na2S2O3 5H2O (俗稱(chēng)海波)是 照相 業(yè)常用 的一種定 影劑。工業(yè)上 制得 的 Na2S2O3 5H2O晶體中可能含有 Na2SO3。為測(cè)定某海波樣品的成分， 稱(chēng)取三份質(zhì)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(yīng)( W2S2O3 + H2SO4=Na2SO4 + SO 2 f+ SJ +H2O )后濾出硫，微熱濾液使 SO 2全部逸出。測(cè)得有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表(氣體體積已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀

16、況)。(1)所用硫酸溶第一份第二份第三份液的物質(zhì)的量濃度樣品的質(zhì)量/g6.83013.66030.000二氧化硫氣體的體積/L0.6721.3442.688為。(2 )樣品硫的質(zhì)量/g0.8001.6003.200中n( Na2S2O3 5 H 2O): n( Na2SO3)=。(3 )某環(huán)境監(jiān)測(cè)小組用上述海波樣品配制含W2S2O3 0.100 mol L-1的海波溶液，并利用它測(cè)定某工廠廢水中 Ba2+的濃度。他們?nèi)U水 50.00 mL ，控制適當(dāng)?shù)乃岫燃尤胱懔康?K262O7溶 液，得BaCrO 4沉淀；沉淀經(jīng)洗滌、過(guò)濾后，用適量的稀鹽酸溶解，此時(shí)CrO 42-全部轉(zhuǎn)化為CO?2-;再加

17、過(guò)量KI溶液，充分反應(yīng)后，用上述配制的海波溶液進(jìn)行滴定，反應(yīng)完全時(shí)，測(cè)得消耗海波溶液的體積為36.00 mL 。已知有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為：Cr2O72- + 6I - + 14H + =2Cr 3+ + 312+ 7H 2O I + 2S 2。32- =21- + S 4。62- I + SO 32- + H 2O =21- + SO 42- + 2H +則滴定過(guò)程中可用 作指示劑。計(jì)算該工廠廢水中Ba 2+的物質(zhì)的量濃度。動(dòng)手練3 :該問(wèn)題綜合性比較強(qiáng)，前兩個(gè)問(wèn)題考察學(xué)生將化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和表格中的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析的能力，第三個(gè)問(wèn)題則重點(diǎn)考察定量分析的計(jì)算，若審題不到位很容易忽視樣品中的亞

18、硫酸 根離子的作用而導(dǎo)致結(jié)果出錯(cuò)。答案： (1 ) 4 mol L -1 (2 ) 5 : 1 ( 3)淀粉解：由(2 )知：n(W2S2O3) = 0.036L X 0.100 mol L-1 = 0.0036mol貝U: n (Na 2SO3) = 0.0036mol- 5 = 0.00072mol根據(jù)題意： 2BaCrO 4 Cr 2O72- 3I 2 6S 2O32-n1(BaCrO 4) = n(Na2S2O3)2=0.°036m°l 2 = 0.0012mol6 62BaCrO 4 Cr 2O72 3I 2 3SO 32n2(BaCrO 4) = WNSQ) 2 = O.OOWZmol 2 = 0.00048mol333貝U: c(Ba2+) = (1.20.48)