2019-2020年高中化學 （大綱版）第二冊 第一章 氮族元素 第五節(jié)有關化學方程式的計算(第二課時).doc

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2019-2020年高中化學 （大綱版）第二冊 第一章 氮族元素 第五節(jié)有關化學方程式的計算(第二課時) ［復習提問］解關于化學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） ［導入新課］在實際生產(chǎn)或科學實驗中，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)的反應過程，像這樣的連續(xù)反應，我們稱之為多步反應。工業(yè)上如制硫酸、硝酸、乙醇（酒精）等許多過程都是經(jīng)多步反應實現(xiàn)的，本節(jié)課討論的主要話題就是關于多步反應的計算。 ［板書］三、多步反應計算 ［師］和解決過量計算問題類似，我們還是通過典型例題的分析來總結解多步反應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，雜質不參加反應）樣品，生成的CO2再跟過量的石灰水反應，得到6.8 g沉淀，求赤鐵礦石中Fe2O3的質量分數(shù)。 ［生］閱讀題目，思考如何下手解決問題。 ［引導］很顯然，這是一個多步反應問題，要想求出赤鐵礦中Fe2O3的質量分數(shù)，應先搞清楚整個過程都發(fā)生了哪些反應。 ［生］思考，寫出所涉及的兩個化學反應方程式。 高溫 Fe2O3+3CO=====2Fe+3CO2 CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O ［師］下面我們分成四個小組進行討論，把你們討論的解決方案總結出來。 ［生］進行分組討論，最后基本上得到兩種方案，分別由兩個學生代表陳述。 方案之一：逆推法 設通入澄清石灰水中的CO2的質量為x，則由方程式： CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O 44 100 x 6.8 得 解得x=2.992 g 再設被CO還原的Fe2O3的質量為y，則由方程式 高溫 Fe2O3+3CO======2Fe+3CO2 160 344 y 2.992 g 得 解得y=3.6 g 所以w(Fe2O3)==72% 方案之二：根據(jù)兩步反應的化學方程式，用CO2作“中介”得出下列關系： Fe2O3——3CO2——3CaCO3 即Fe2O3——3CaCO3 160 3100 m(Fe2O3) 6.8 g 所以m(Fe2O3)= =3.6 g 則w(Fe2O3)=100%=72% ［師］評講討論結果，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，充分利用反應過程中各物質之間的量的關系，實現(xiàn)了從已知量和待求量之間的直接對話，這就叫關系式法，它是解決多步反應計算的一種好方法。下邊就請同學們尤其是剛才用方案一思考的同學們把例題3用關系式法規(guī)范地解在練習本上，并從中體會并總結解多步反應計算題的一般步驟。 ［生］在練習本上規(guī)范地練習，并歸納總結用關系式法解多步反應的一般步驟，一位同學舉手回答（內(nèi)容見板書） ［師］從學生的回答中整理板書內(nèi)容 ［板書］用關系式法解多步反應計算的一般步驟： 1. 寫出各步反應的化學方程式； 2. 根據(jù)化學方程式找出可以作為中介的物質，并確定最初反應物、中介物質、最終生成物之間的量的關系； 3. 確定最初反應物和最終生成物之間的量的關系； 4. 根據(jù)所確定的最初反應物和最終生成物之間的量的關系和已知條件進行計算。 ［提示］利用關系式法解多步反應的關鍵是正確建立已知量、未知量之間的物質的量或質量的比例關系。 ［投影顯示］例4. 工業(yè)上制硫酸的主要反應如下： 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（雜質不參加反應）時，F(xiàn)eS2中的S有5.0%損失而混入爐渣，計算可制得98%硫酸的質量。 ［師］這里提醒大家一點，F(xiàn)eS2中的S有5.0%損失也就相當于FeS2有5.0%損失。下邊大家還是分小組討論，開動腦筋，想一想如何利用關系式法來解決這一工業(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，先找關系式，根據(jù)題意列化學方程式，可得如下關系 FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4 即FeS2 ~ 2H2SO4 120 298 2.5 t85%95% m(98% H2SO4)98% 得m(98%H2SO4)= 故可制得98%硫酸3.4 t。 方案之二在找關系式時，根據(jù)S元素在反應前后是守恒的，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的S的質量為 m(S)=m(FeS2)w(S) =2.5 t85%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物和最終生成物之間的直接關系，從而使問題簡單地得到解決，我們還是要求同學們在下邊練習時注意解題格式的規(guī)范化。 ［補充說明］在進行多步反應計算時，往往還需要搞清楚以下幾個關系： 1. 原料的利用率（或轉化率）（%） = 2. 產(chǎn)物產(chǎn)率（%）= 3. 已知中間產(chǎn)物的損耗量（或轉化率、利用率）都可歸為起始原料的損耗量（或轉化率、利用率） 4. 元素的損失率====該化合物的損失率 ［投影練習］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)能力應為多少噸才合理？ ［解析］設日產(chǎn)HNO3的質量為x,NH3用于生產(chǎn)HNO3的質量為35 t-y 由各步反應方程式得氨氧化制HNO3的關系為： NH3～NO～NO2～HNO3 17 63 y92% x y= 用于被HNO3吸收的NH3的質量為 30 t-y=30 t- 由NH3+HNO3===== NH4NO3 17 63 （30 t-）98% x 得［30 t-17x/(6392%)］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］本節(jié)課我們重點討論的是關于多步反應的計算，通過討論和比較，得出關系式法是解決多步反應計算的一種較好的方法。具體地在找關系式時，一方面可以根據(jù)各步反應中反映出的各物質的物質的量或質量的關系，如例3；也可以根據(jù)某元素原子的物質的量守恒規(guī)律，找出起始物與終態(tài)物的關系，如例4。 ［布置作業(yè)］P26二、4、5 ●板書設計 三、多步反應計算 用關系式法解多步反應計算的一般步驟 1. 寫出各步反應的化學方程式； 2. 根據(jù)化學方程式找出可以作為中介的物質，并確定最初反應物、中介物質、最終生成物之間的量的關系； 3. 確定最初反應物和最終生成物之間的量的關系； 4. 根據(jù)所確定的最初反應物和最終生成物之間的量的關系和已知條件進行計算。 ●教學說明 多步反應計算的基本解法就是關系式法，為了得出這種方法以及展示這種方法的優(yōu)越性，在教學中讓學生進行分組討論，充分發(fā)揮同學們的想象力、創(chuàng)造力，然后得出兩種比較典型的方案，將這兩種方案進行比較，自然地得出結論：還是利用關系式法解決簡單。既解決了問題，又增強了學生的分析問題能力。 參考練習 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，充分反應后，反應過程中被還原的C12的質量是多少? 答案：21.3 g 3．C02和NO的混合氣體30 mL，反復緩緩通過足量的Na2O2后，發(fā)生化學反應(假設不生成N2O4)： 2CO2+2Na2O2======2Na2CO3+02 反應后氣體體積變?yōu)?5 mL(溫度、壓強相同)，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，但它們有著本質的、必然的定量關系．下面通過汁算說明它們的關系： 題目：某黃鐵礦含F(xiàn)eS2 x％，在反應中損失硫y％，試求：FeS2的損失率、礦石的損失率各是多少？ 解：設礦石的質量為m t，則FeS2的質量為mx％，硫的質量為mx％=mx%t。 損失硫的質量=mx％y％t； 損失FeS2的質量== 損失礦石的質量=my%t。 因此有：FeS2的損失率=[(mx％y％)／(mx％)]100％=y％； 礦石的損失率=(my％)／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)。充分反應后，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 molL-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 3.200 t含F(xiàn)eS2 75％的黃鐵礦煅燒時損失FeS2 lO％，S02轉化為S03的轉化率為96％， S03的吸收率為95％，可生產(chǎn)98％的硫酸多少噸? 解法一：關系式法： FeS2 ~ 2H2S04 120 t 196 t 200 t75％(1—10％)96％95％ 98％x 解得x=205．2 t。 解法二：守恒法 設生成98％的硫酸x噸，由硫元素守恒得； 200 t75％(1一l0％)96％95％=98％x， x=205．2 t。 答案：205．2