高中化学计算题解题技巧——关系式法

化学计算题解题技巧——关系式法第一课时：实际化工生产中以及化学工作者进行科学研究时，往往涉及到多步反应：从原料到产品可能要经过若干步反应；测定某一物质的含量可能要经过若干步中间过程。对于多步反应体系，依据若干化学反应方程式，找出起始物质与最终物质的量的关系，并据此列比例式进行计算求解的方法，称为“关系式”法。关系式法常常应用于多步进行的连续反应．．．．．．．．．。在多步反应中，第一步反应的产物，即是下一步反应的反应物。根据化学方程式，每一步反应的反应物和生成物之间有一定的量的关系，即物质的量之比是一定的。所以，可以利用某中间物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间的量的关系。它是化学计算中的基本解题方法之一，利用关系式法可以将多步计算转化为一步计算，免去逐步计算中的麻烦，简化解题步骤，减少运算量，且计算结果不易出错，准确率高。用关系式法解题的关键是建立关系式，而建立关系式一般途径是：(1)利用化学方程式之间的化学计量数间的关系建立关系式；(2)利用化学方程式的加合建立关系式；(3)利用微粒守恒建立关系式。【例题1】用CO还原10.0g某磁铁矿石样品(所含的杂质不参加反应)，生成的CO2再跟过量的石灰水反应,得到12.8g沉淀。求磁铁矿石中Fe3O4的质量分数。解析：本题发生的化学反应有：Fe3O4+4CO3Fe+4CO2CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O可以用CO2作为“中介”得出下列关系：Fe3O4——4CO2——4CaCO3,即：Fe3O4——4CaCO3。然后利用两者之间的质量关系或物质的量关系进行计算。在进行多步反应的计算时，一般的解题步骤为：(1)写出各步反应的化学方程式；(2)根据化学方程式找出作为中介的物质，并确定已知物质、中介物质、所求物质之间的量(质量或物质的量或相同条件下气体的体积)的关系；(3)确定已知物质和所求物质之间的量的关系；(4)根据所确定的已知物质和所求物质之间的量的关系和已知条件进行计算。答案：本题发生的化学反应有：Fe3O4+4CO3Fe+4CO2CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O根据化学方程式，找出关系式：Fe3O4——4CaCO3232400m(Fe3O4)12.8gm(Fe3O4)＝4008.12232g＝7.42gω(Fe3O4)＝%1000.1042.7gg＝74.2%答：该磁铁矿石中Fe3O4的质量分数为74.2%。【例题2】0.6mol镁与足量稀硫酸反应，得到的氢气与多少克氯酸钾完全分解制得的氧气恰好完全反应？解析：此题涉及三个化学方程式Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑2H2+O22H2O2KClO32KCl+3O2↑由以上方程式可得下列关系式Mg──H2──1/2O2──1/3KClO3即3Mg──KClO33mol122.5g0.6molm(KClO3)m(KClO3)＝mol3mol0.6g5.122＝24.5g【针对性训练】1.(1)根据下列反应找出FeS2与KMnO4的关系式4FeS2+11O22Fe2O3+8SO22KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4(2)根据下列反应找出C和NH3的关系C+H2O(g)高温CO+H2CO+H2O(g)催化剂△CO2+H2N2+3H2催化剂高温高压2NH32.2.7g某铵态氮肥(不含NO－3)与过量氢氧化钙混合后加热，将放出的氨气通入25mL2mol/L的H2SO4溶液中，氨被充分吸收后，剩余的H2SO4恰好跟20mL3mol/L的NaOH溶液反应。求该铵态氮肥中N的质量分数。第二课时：【例题3】为测定某石灰石中CaCO3的质量分数，称取Wg石灰石样品，加入过量的浓度为6mol/L的盐酸，使它完全溶解，加热煮沸，除去溶解的CO2，再加入足量的草酸铵[(NH4)2C2O4]溶液后，慢慢加入氨水降低溶液的酸度，则析出草酸钙沉淀：C2O2-4+Ca2+=CaC2O4↓，过滤出CaC2O4后，用稀硫酸溶解：CaC2O4+H2SO4=H2C2O4+CaSO4，再用蒸馏水稀释溶液至V0mL。取出V1mL用amol/L的KMnO4酸性溶液滴定，此时发生反应：2MnO-4+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，若滴定终点时消耗amol/L的KMnO4V2mL，计算样品中CaCO3的质量分数。解析：本题涉及到化学方程式或离子方程式为：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑C2O2-4+Ca2+=CaC2O4↓CaC2O4+H2SO4=H2C2O4+CaSO42MnO-4+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O由此得出相应的关系式：5CaCO3——5Ca2+——5CaC2O4——5H2C2O4——2MnO－452n1(CaCO3)aV2×10-3moln1(CaCO3)=2.5aV2×10-3mol样品中：n(CaCO3)=2.5aV2×10-3×10VVmol则：ω(CaCO3)=%25%100/100)105.2(1203210WVVaVgWmolgmolaVVV【针对性训练】3.实验室测定铁矿石中的含硫量是将矿石在氧气流中灼烧，使硫转化为SO2，再转化为硫酸，然后用NaOH溶液中和测定。在氧气流中灼烧0.4g含硫铁矿石，使其中的硫元素转化为H2SO4，用20mL0.5mol/L的NaOH溶液恰好完全中和这些H2SO4，则矿石中硫的质量分数为()A.30%B.40%C.53.3%D.36.4%4.标准状况下有O2和Cl2组成的混合气体共500mL，通入H2，使其恰好完全燃烧，用水吸收，得250mL溶液。从中取出25mL，用0.125mol/LNaOH20mL恰好中和，则与混合气体反应的H2的体积为（）A．280mLB．440mLC．500mLD．720mL5.金属锡(Sn)的纯度可以通过下述方法分析：将试样溶于盐酸，反应的化学方程式为：Sn＋2HCl＝SnCl2＋H2↑，再加入过量的FeCl3溶液，发生如下反应：SnCl2＋2FeCl3＝SnCl4＋2FeCl2，最后用已知浓度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2＋，反应的化学方程式为：6FeCl2＋K2Cr2O7＋14HCl＝6FeCl3＋2KCl＋2CrCl3＋7H2O现有金属锡试样0.613g，经上述各步反应后，共用去0.100mol/LK2Cr2O7溶液16.0mL。求试样中锡的质量分数(假定杂质不参加反应，锡的相对原子质量为119)。第三课时：【例题4】一定温度下，wg下列物质(1)H2，(2)CO，(3)CO和H2，(4)HCOOCH3，(5)HOOC―COOH，在足量氧气中完全燃烧，将产物与过量的过氧化钠完全反应，固体增重wg，符合此要求的是（）A．全部B．（4）（5）C．（1）（2）（3）D．（1）（2）（3）（4）解析：本题的特点是，要在正确书写化学反应方程式的基础上，将各步化学方程式进行加合，即可找出规律。2H2+O22H2O，2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑将两个化学方程式叠加即得：H2+Na2O2=2NaOH2CO+O22CO2，2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2↑将两个化学方程式叠加即得：CO+Na2O2=Na2CO3由叠加后的两方程式可知，要想固体增加的质量就是原反应物的质量，必须是CO或H2或CO与H2的混合物或有有机物的组成相当于是CO与H2的混合物。(4)的化学式为C2H4O2,满足上述要求,(5)的化学式为C2H4O2，不满足上述要求，因此答案为D。【例题5】工业上制硫酸的主要反应如下：4FeS2+11O22Fe2O3+8SO22SO2+O22SO3SO3+H2O=H2SO4。用黄铁矿可以制取H2SO4，再用H2SO4可以制取化肥(NH4)2SO4。煅烧含FeS280.0%的黄铁矿80.0t，最终生产出83.6t(NH4)2SO4。已知NH3的利用率为92.6%，H2SO4的利用率为95.0%，试求黄铁矿制取H2SO4时的损失率。解析：首先须搞清H2SO4的利用率与FeS2利用率的关系。并排除NH3利用率的干扰作用。其次，根据S原子守恒找出已知量FeS2与未知量(NH4)2SO4的关系(设黄铁矿的利用率为x)：FeS2~2H2SO4~2(NH4)2SO412026480.0t×80.0%×95.0%·x83.6tx=62.5%黄铁矿的损失率为：1.00－62.5%=37.5%。(1)原料利用率(或转化率)=实际利用(或转化)原料量实际投入原料总量×100%(2)产物产率=产品实际产量产品理论产量×100%(3)中间产物的损耗量(或转化率、利用率)都可归为起始原料的损耗量(或转化率、利用率)(4)元素的损失率=该化合物的损失率【针对性训练】6.把30mLNO2和O2的混合气体,通入倒立于水槽中装满水的量筒中,最后剩余7.5mL气体,求原混合气体的组成。7.已知某厂每天排出10000m3尾气(已折算为标准状况)，内含0.268%(体积分数)的SO2，SO2可完全转化为H2SO4，若用黄铁矿来生产同样多的H2SO4，则需要多少克含FeS278.2%的黄铁矿？8.工厂实验室欲从含FeCl36.5%、密度为1.25g/cm3的工业废水中提取纯铁粉，首先用NaOH溶液将废水中的FeCl3转化为Fe(OH)3，得到Fe2O3,用氢气还原Fe2O3生成铁粉。今欲用此方法从废水中制得11.2g铁粉，需要废水多少升？(提示：废水中其他杂质不与NaOH反应)9.某合成氨厂，日生产能力为30t，现以NH3为原料生产NH4NO3，若硝酸车间的原料转化率为92%，氨被吸收生产NH4NO3的吸收率为98%，则硝酸车间日生产能力应为多少吨才行？第四课时：【例题6】把29gFe和S的混合物在密闭条件下加热充分后冷却到室温,再加入足量的稀硫酸溶液,放出的气体在标况下的体积为8.4L，则原混合物中S和Fe的物质的量之比为()。解析：本题如果用化学方程式计算，由于原混合物中哪一种过量无法确定，因而难于求解。而巧解在于找出铁与气体之间的关系。Fe+SFeS；FeS+H2SO4=H2S↑+FeSO4而Fe过量时又会发生：Fe+H2SO4=H2↑+FeSO4,分析三个化学方程式可知，产生的气体体积只与Fe的量有关,而与S的量无关。1molFe―1molFeS―1molH2S；1molFe―1molH2，综合可得关系式：1molFe―1mol气体n(Fe)＝14.224.8molLL=0.375molm(Fe)=0.375mol×56g/mol=21gn(S)=(29g－21g)÷32g/mol=0.25moln(S)∶n(Fe)=0.25mol∶0.375mol=2∶3【针对性训练】10.有下列三组固体混合物：(1)Na2O2、NaOH混合物，含Na元素58%(2)FeSO4、Fe2(SO4)3的混合物，含铁元素31%(3)Na2S、Na2SO3、Na2SO4的混合物，含硫元素25.6%(以上均为质量分数)则上述固体混合物中氧元素的质量分数分别为＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。11．现有Na2S、Na2SO3、Na2SO4的混合物，甲、乙、丙三位同学测得混合物含硫量分别为48.2%、32%、18.6%，其中合理的数据为______同学的数据，以此数据计算，混合物中钠元素和氧元素的质量分数分别为______、______。针对性训练答案：1.(1)5FeS2──4KMnO4(2)C—2H2—43NH32.21%3.B4.D5.93.1%6.O2过量时,O2为12mL,NO2为18mL;NO2过量时,O2为1.5mL,NO2为28.5mL7.9.18×104g8.0.4L9.59.52t10.40.35%46%37.6%11.乙46%22%