2019-2020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).doc

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2019-2020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］在實際生產(chǎn)或科學(xué)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(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 ［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 160 344 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(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 3100 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)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，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 120 298 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(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的質(zhì)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(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）（%） = 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 y92% x 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/(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(jié)］本節(jié)課我們重點討論的是關(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)： 2CO2+2Na2O2======2Na2CO3+02 反應(yīng)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(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：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mx％，硫的質(zhì)量為mx％=mx%t。 損失硫的質(zhì)量=mx％y％t； 損失FeS2的質(zhì)量== 損失礦石的質(zhì)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(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)。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 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(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 t75％(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 t75％(1一l0％)96％95％=98％x， x=205．2 t。 答案：205．2