2022年高中化學(xué)(大綱版)第二冊 第一章氮族元素 第五節(jié)有關(guān)化學(xué)方程式的計算(第二課時)

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1、2022年高中化學(xué)(大綱版)第二冊 第一章 氮族元素 第五節(jié)有關(guān)化學(xué)方程式的計算(第二課時) [復(fù)習(xí)提問]解關(guān)于化學(xué)方程式的計算問題的一般步驟有哪些?解過量計算問題的基本特點(diǎn)有哪些? 解過量計算問題的一般步驟是什么? [生]回憶并回答(回答內(nèi)容略) [導(dǎo)入新課]在實(shí)際生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,不僅存在所投物料是否過量的問題,而且往往從原料到最終產(chǎn)物,一般都不是一步完成的,中間需經(jīng)過多個連續(xù)的反應(yīng)過程,像這樣的連續(xù)反應(yīng),我們稱之為多步反應(yīng)。工業(yè)上如制硫酸、硝酸、乙醇(酒精)等許多過程都是經(jīng)多步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的,本節(jié)課討論的主要話題就是關(guān)于多步反應(yīng)的計算。 [板書]三、多步反應(yīng)計算 [師]和解決過量

2、計算問題類似,我們還是通過典型例題的分析來總結(jié)解多步反應(yīng)計算問題的基本方法和步驟。 [投影顯示][例3] 用CO還原5.0 g某赤鐵礦石(主要成分為Fe2O3,雜質(zhì)不參加反應(yīng))樣品,生成的CO2再跟過量的石灰水反應(yīng),得到6.8 g沉淀,求赤鐵礦石中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 [生]閱讀題目,思考如何下手解決問題。 [引導(dǎo)]很顯然,這是一個多步反應(yīng)問題,要想求出赤鐵礦中Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),應(yīng)先搞清楚整個過程都發(fā)生了哪些反應(yīng)。 [生]思考,寫出所涉及的兩個化學(xué)反應(yīng)方程式。 高溫 Fe2O3+3CO=====2Fe+3CO2 CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O [

3、師]下面我們分成四個小組進(jìn)行討論,把你們討論的解決方案總結(jié)出來。 [生]進(jìn)行分組討論,最后基本上得到兩種方案,分別由兩個學(xué)生代表陳述。 方案之一:逆推法 設(shè)通入澄清石灰水中的CO2的質(zhì)量為x,則由方程式: CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O 44 100 x 6.8 得 解得x=2.992 g 再設(shè)被CO還原的Fe2O3的質(zhì)量為y,則由方程式 高溫 Fe2O3+3CO======2Fe+3CO2 160 3×44 y 2.992 g 得

4、 解得y=3.6 g 所以w(Fe2O3)==72% 方案之二:根據(jù)兩步反應(yīng)的化學(xué)方程式,用CO2作“中介”得出下列關(guān)系: Fe2O3——3CO2——3CaCO3 即Fe2O3——3CaCO3 160 3×100 m(Fe2O3) 6.8 g 所以m(Fe2O3)= =3.6 g 則w(Fe2O3)=×100%=72% [師]評講討論結(jié)果,大家不難看出兩種方案中第一種計算起來比較麻煩,而第二種方案則簡單明了,充分利用反應(yīng)過程中各物質(zhì)之間的量的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了從已知量和待求量之間的直接對話,這就叫關(guān)系式法,它是解決多步反應(yīng)計算的一種好方法。下邊就請同學(xué)們尤其是

5、剛才用方案一思考的同學(xué)們把例題3用關(guān)系式法規(guī)范地解在練習(xí)本上,并從中體會并總結(jié)解多步反應(yīng)計算題的一般步驟。 [生]在練習(xí)本上規(guī)范地練習(xí),并歸納總結(jié)用關(guān)系式法解多步反應(yīng)的一般步驟,一位同學(xué)舉手回答(內(nèi)容見板書) [師]從學(xué)生的回答中整理板書內(nèi)容 [板書]用關(guān)系式法解多步反應(yīng)計算的一般步驟: 1. 寫出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式; 2. 根據(jù)化學(xué)方程式找出可以作為中介的物質(zhì),并確定最初反應(yīng)物、中介物質(zhì)、最終生成物之間的量的關(guān)系; 3. 確定最初反應(yīng)物和最終生成物之間的量的關(guān)系; 4. 根據(jù)所確定的最初反應(yīng)物和最終生成物之間的量的關(guān)系和已知條件進(jìn)行計算。 [提示]利用關(guān)系式法解多步反應(yīng)的關(guān)

6、鍵是正確建立已知量、未知量之間的物質(zhì)的量或質(zhì)量的比例關(guān)系。 [投影顯示]例4. 工業(yè)上制硫酸的主要反應(yīng)如下: 高溫 4FeS2+11O2====2Fe2O3+8SO2 400℃~500℃ 催化劑 2SO2+O2===========2SO3 SO3+H2O==== H2SO4 煅燒2.5 t含85% FeS2的黃鐵礦石(雜質(zhì)不參加反應(yīng))時,F(xiàn)eS2中的S有5.0%損失而混入爐渣,計算可制得98%硫酸的質(zhì)量。 [師]這里提醒大家一點(diǎn),F(xiàn)eS2中的S有5.0%損失也就相當(dāng)于FeS2有5.0%損失。下邊大家還是分小組討論,開動腦筋,想一想如何利用關(guān)系式法來解決

7、這一工業(yè)問題。 [生]展開熱烈的討論,各抒己見,最后大致還是得到兩種方案。 方案之一,先找關(guān)系式,根據(jù)題意列化學(xué)方程式,可得如下關(guān)系 FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4 即FeS2 ~ 2H2SO4 120 2×98 2.5 t×85%×95% m(98% H2SO4)·98% 得m(98%H2SO4)= 故可制得98%硫酸3.4 t。 方案之二在找關(guān)系式時,根據(jù)S元素在反應(yīng)前后是守恒的,即由FeS22H2SO4可以直接變?yōu)楠㏒——H2SO4 由于有5.0%的S損失,2.5 t含85%FeS2的黃鐵礦石中參加反應(yīng)的S

8、的質(zhì)量為 m(S)=m(FeS2)··w(S) =2.5 t×85%××95% =1.08 t 則由S ~ H2SO4 32 98 1.08 t m(98% H2SO4)·98% 得m(98% H2SO4)= =3.4 t 故可制得98%硫酸3.4 t。 [師]評價兩種方案:兩種方案都能比較方便地找到最初反應(yīng)物和最終生成物之間的直接關(guān)系,從而使問題簡單地得到解決,我們還是要求同學(xué)們在下邊練習(xí)時注意解題格式的規(guī)范化。 [補(bǔ)充說明]在進(jìn)行多步反應(yīng)計算時,往往還需要搞清楚以下幾個關(guān)系: 1. 原料的利用率(或轉(zhuǎn)化率)(

9、%) = 2. 產(chǎn)物產(chǎn)率(%)= 3. 已知中間產(chǎn)物的損耗量(或轉(zhuǎn)化率、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 [投影練習(xí)]某合成氨廠,日生產(chǎn)能力為30噸,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%,氨被吸收為NH4NO3的吸收率為98%,則硝酸車間日生產(chǎn)能力應(yīng)為多少噸才合理? [解析]設(shè)日產(chǎn)HNO3的質(zhì)量為x,NH3用于生產(chǎn)HNO3的質(zhì)量為35 t-y 由各步反應(yīng)方程式得氨氧化制HNO3的關(guān)系為: NH3~NO~NO2~HNO3 17 63 y·92% x

10、 y= 用于被HNO3吸收的NH3的質(zhì)量為 30 t-y=30 t- 由NH3+HNO3===== NH4NO3 17 63 (30 t-)×98% x 得[30 t-17x/(63×92%)]·98%= 解之得x=52.76 t [答案]硝酸車間日生產(chǎn)能力為52.76 t才合理。 [本節(jié)小結(jié)]本節(jié)課我們重點(diǎn)討論的是關(guān)于多步反應(yīng)的計算,通過討論和比較,得出關(guān)系式法是解決多步反應(yīng)計算的一種較好的方法。具體地在找關(guān)系式時,一方面可以根據(jù)各步反應(yīng)中反映出的各物質(zhì)的物質(zhì)的量或質(zhì)量的關(guān)系,如例3;也可以根據(jù)某元素原子的物質(zhì)的量守恒規(guī)律,找出起始

11、物與終態(tài)物的關(guān)系,如例4。 [布置作業(yè)]P26二、4、5 ●板書設(shè)計 三、多步反應(yīng)計算 用關(guān)系式法解多步反應(yīng)計算的一般步驟 1. 寫出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式; 2. 根據(jù)化學(xué)方程式找出可以作為中介的物質(zhì),并確定最初反應(yīng)物、中介物質(zhì)、最終生成物之間的量的關(guān)系; 3. 確定最初反應(yīng)物和最終生成物之間的量的關(guān)系; 4. 根據(jù)所確定的最初反應(yīng)物和最終生成物之間的量的關(guān)系和已知條件進(jìn)行計算。 ●教學(xué)說明 多步反應(yīng)計算的基本解法就是關(guān)系式法,為了得出這種方法以及展示這種方法的優(yōu)越性,在教學(xué)中讓學(xué)生進(jìn)行分組討論,充分發(fā)揮同學(xué)們的想象力、創(chuàng)造力,然后得出兩種比較典型的方案,將這兩種方案進(jìn)行比

12、較,自然地得出結(jié)論:還是利用關(guān)系式法解決簡單。既解決了問題,又增強(qiáng)了學(xué)生的分析問題能力。 參考練習(xí) 1.用黃鐵礦制取硫酸,再用硫酸制取化肥硫酸銨。燃燒含F(xiàn)eS2為80%的黃鐵礦75 t,生產(chǎn)出79.2 t硫酸銨。若在制取硫酸銨時硫酸的利用率為90%。則用黃鐵礦制取硫酸時FeS2的利用率是多少? 2.向溶解了90 g Nal的溶液中加入40 g Br2,再向溶液中通人適量的C12,充分反應(yīng)后,反應(yīng)過程中被還原的C12的質(zhì)量是多少? 答案:21.3 g 3.C02和NO的混合氣體30 mL,反復(fù)緩緩?fù)ㄟ^足量的Na2O2后,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(假設(shè)不生成N2O4)

13、: 2CO2+2Na2O2======2Na2CO3+02 反應(yīng)后氣體體積變?yōu)?5 mL(溫度、壓強(qiáng)相同),則原混合氣體中CO2和NO的體積比可能是( ) ①l:l ②2:l ③2:3 ④5:4 A.①② B.②③ C.①②④ D.①②③④備課資料 在有關(guān)礦石的計算中,常出現(xiàn)這樣三個概念:礦石的損失率、礦石中化合物的損失率、礦石中某元素的損失率,三者的涵義不完全相同,但它們有著本質(zhì)的、必然的定量關(guān)系.下面通過汁算說明它們的關(guān)系: 題目:某黃鐵礦含F(xiàn)eS2 x%,在反應(yīng)中損失硫y%,試求

14、:FeS2的損失率、礦石的損失率各是多少? 解:設(shè)礦石的質(zhì)量為m t,則FeS2的質(zhì)量為m·x%,硫的質(zhì)量為m·×x%=·m·x%t。 損失硫的質(zhì)量=×m×x%×y%t; 損失FeS2的質(zhì)量== 損失礦石的質(zhì)量=m·y%t。 因此有:FeS2的損失率=[(m·x%·y%)/(m·x%)]×100%=y%; 礦石的損失率=(m·y%)/m=y%。 從上述計算中可知:礦石的損失率、礦石中化合物的損失率、礦石中某元素的損失率三者的數(shù)值是相等的,在計算中完全可以代換。 綜合能力訓(xùn)練 1.在一定條件下,將m體積NO和n體積O2同時通人倒立于水中且盛滿水的容器內(nèi)

15、。充分反應(yīng)后,容器內(nèi)殘留m/2體積的氣體,該氣體與空氣接觸后變?yōu)榧t棕色。則m與n的比( ) A.3:2 B.2: 3 C.8:3 D.3:8 答案:C 2.為消除NO、NO2對大氣污染,常用堿液吸收其混合氣。a mol NO2和b mol NO組成的混合氣體,用NaOH溶液使其完全吸收,無氣體剩余?,F(xiàn)有濃度為c mol·L-1 NaOH溶液,則需此NaOH溶液的體積是( ) A.a(chǎn)/c L B.2a/c L. C.2(a+b)/3c L D.(a+b)/c L 答案:D

16、 3.200 t含F(xiàn)eS2 75%的黃鐵礦煅燒時損失FeS2 lO%,S02轉(zhuǎn)化為S03的轉(zhuǎn)化率為96%, S03的吸收率為95%,可生產(chǎn)98%的硫酸多少噸? 解法一:關(guān)系式法: FeS2 ~ 2H2S04 120 t 196 t 200 t×75%×(1—10%)×96%×95% 98%·x 解得x=205.2 t。 解法二:守恒法 設(shè)生成98%的硫酸x噸,由硫元素守恒得; 200 t×75%×(1一l0%)×96%×95%×=98%·x×, x=205.2 t。 答案:205.2

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