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1、
專題01 關(guān)系式法
【母題1★★★】為測定某石灰石中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),稱取W g石灰石樣品,加入過量的濃度為6 mol/L的鹽酸,使它完全溶解,加熱煮沸,除去溶解的CO2,再加入足量的草酸銨[(NH4)2C2O4]溶液后,慢慢加入氨水降低溶液的酸度,則析出草酸鈣沉淀,離子方程式為:C2O+Ca2+=CaC2O4↓,過濾出CaC2O4后,用稀硫酸溶解:CaC2O4+H2SO4=H2C2O4
+CaSO4,再用蒸餾水稀釋溶液至V0 mL。取出V1 mL用a mol/L的KMnO4酸性溶液滴定,此時發(fā)生反應(yīng):2MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O,若滴定終點
2、時消耗a mol/L的KMnO4 V2 mL,計算樣品中CaCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
【分析】本題涉及到化學(xué)方程式或離子方程式為:
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
C2O+Ca2+=CaC2O4↓
CaC2O4+H2SO4=H2C2O4+CaSO4
2MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
【解答】由方程式可以得出相應(yīng)的關(guān)系式:
5CaCO3——5Ca2+——5CaC2O4——5H2C2O4——2MnO-4
5 2
n1(CaCO3)
3、 aV210-3 mol
n1(CaCO3) = 2.5 aV210-3 mol
樣品中:n(CaCO3) = 2.5 aV210-3 mol
則:ω(CaCO3) =
【點撥】對于多步反應(yīng),可根據(jù)各種的關(guān)系(主要是化學(xué)方程式、守恒等),列出對應(yīng)的關(guān)系式,快速地在要求的物質(zhì)的數(shù)量與題目給出物質(zhì)的數(shù)量之間建立定量關(guān)系,從而免除了涉及中間過程的大量運算,不但節(jié)約了運算時間,還避免了運算出錯對計算結(jié)果的影響,是最經(jīng)常使用的方法之一。
【解題錦囊】實際化工生產(chǎn)中以及化學(xué)工作者進行科學(xué)研究時,往往涉及到多步反應(yīng):從原料到產(chǎn)品可能要經(jīng)過若干步反應(yīng);測
4、定某一物質(zhì)的含量可能要經(jīng)過若干步中間過程。對于多步反應(yīng)體系,依據(jù)若干化學(xué)反應(yīng)方程式,找出起始物質(zhì)與最終物質(zhì)的量的關(guān)系,并據(jù)此列比例式進行計算求解的方法,稱為“關(guān)系式”法。
關(guān)系式法常常應(yīng)用于多步進行的連續(xù)反應(yīng)。在多步反應(yīng)中,第一步反應(yīng)的產(chǎn)物,即是下一步反應(yīng)的反應(yīng)物。根據(jù)化學(xué)方程式,每一步反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物之間有一定的量的關(guān)系,即物質(zhì)的量之比是一定的。所以,可以利用某中間物質(zhì)作為“中介”,找出已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系。它是化學(xué)計算中的基本解題方法之一,利用關(guān)系式法可以將多步計算轉(zhuǎn)化為一步計算,免去逐步計算中的麻煩,簡化解題步驟,減少運算量,且計算結(jié)果不易出錯,準(zhǔn)確率高。
5、 用關(guān)系式法解題的關(guān)鍵是建立關(guān)系式,而建立關(guān)系式一般途徑是:
(1) 利用化學(xué)方程式之間的化學(xué)計量數(shù)間的關(guān)系建立關(guān)系式;
(2) 利用化學(xué)方程式的加合建立關(guān)系式;
(3) 利用微粒守恒建立關(guān)系式。
【衍生1★★★】用CO還原10.0 g某磁鐵礦石樣品(所含的雜質(zhì)不參加反應(yīng)),生成的CO2再跟過量的石灰水反應(yīng),得到12.8 g沉淀。求磁鐵礦石中Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
【解析】本題發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有:
Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
可以用CO2作為“中介”得出下列關(guān)系:Fe3O4—
6、—4 CO2——4 CaCO3,即:Fe3O4——4 CaCO3。然后利用兩者之間的質(zhì)量關(guān)系或物質(zhì)的量關(guān)系進行計算。
在進行多步反應(yīng)的計算時,一般的解題步驟為:(1)寫出各步反應(yīng)的化學(xué)方程式;(2)根據(jù)化學(xué)方程式找出作為中介的物質(zhì),并確定已知物質(zhì)、中介物質(zhì)、所求物質(zhì)之間的量(質(zhì)量或物質(zhì)的量或相同條件下氣體的體積)的關(guān)系;(3)確定已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系;(4)根據(jù)所確定的已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系和已知條件進行計算。
【答案】本題發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有:
Fe3O4+4CO3Fe+4CO2
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
根據(jù)化學(xué)方程式,找出關(guān)
7、系式:
Fe3O4 —— 4 CaCO3
232 400
m(Fe3O4) 12.8 g
m(Fe3O4) = = 7.42 g
ω(Fe3O4) = = 74.2%
答:該磁鐵礦石中Fe3O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74.2%。
【點撥】尋找關(guān)系式的方法是:
(1)對于獨立的化學(xué)反應(yīng),可以通過化學(xué)方程式,或反應(yīng)中某原子、離子守恒,找
出它們物質(zhì)的量之間的關(guān)系,然后進行計算。
(2)對于連續(xù)發(fā)生的多步化學(xué)反應(yīng),可以根據(jù)前后某元素的原子、離子的數(shù)量不變
找到關(guān)系式(假定反應(yīng)過程中它沒有損失),不過象氨氧化法制硝酸的中間反應(yīng),雖然有氮原子損失,
8、但對實際工業(yè)生產(chǎn)來說,由于NO的循環(huán)利用,故仍可認(rèn)為有如下關(guān)系式:NH3~HNO3 ,否則應(yīng)由多個化學(xué)反應(yīng)找出關(guān)系式。
【衍生2★★★】一定量的鐵粉和9克硫粉混合加熱,待其反應(yīng)后再加入過量鹽酸,將生成的氣體完全燃燒,共收集得9克水,求加入的鐵粉質(zhì)量為( ?。?
A.14g B.42g C.56g D.28g
【解析】根據(jù)各步反應(yīng)的定量關(guān)系,可列出關(guān)系式:
Fe → FeS(鐵守恒) → H2S(硫守恒) → H2O(氫守恒)(1)
Fe → H2(化學(xué)方程式) → H2O(氫定恒)………… (2)
Fe ~ H2O
56 18
Xg 9g
56
9、∶xg = 18∶9g x = 28g
即應(yīng)有鐵為28克。
【答案】D
【點撥】注意Fe → FeS(鐵守恒) → H2S(硫守恒) → H2O(氫守恒),在關(guān)系式中的應(yīng)用。
【衍生3★★】200噸含硫40%的黃鐵礦,用接觸法可以制得95%的硫酸(不考慮中間過程的損耗)的質(zhì)量為( )
A.257.5噸 B.277.5噸 C.225.5噸 D.300.5噸
【解析】根據(jù)反應(yīng)前后硫原子數(shù)不變,可得關(guān)系式:2S~FeS2~2H2SO4
即:S ~ H2SO4
32 98
200t40% 95%x
32∶98 = 20040%
10、∶95%x
x = 257.5t
【答案】A
【點撥】注意硫元素守恒,在關(guān)系式中的應(yīng)用。
【衍生4★★★】在O2氣中灼燒0.44g S和Fe組成的化合物,使其中的S全部轉(zhuǎn)變?yōu)镾O2,把這些SO2全部氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SO4。這些H2SO4可以用20mL 0.50molL-1NaOH溶液完全中和。則原化合物中S的百分含量為 ( )
A.18% B.46% C.53% D.36%
【解析】解:全部反應(yīng)過程中,各物質(zhì)的量的關(guān)系可用下式表示:
S→SO2→SO3→H2SO4→2NaOH
32g 2mol
x (0.020.5)mol
x
11、=0.16g
【答案】D
【點撥】關(guān)注S→SO2→SO3→H2SO4硫元素守恒,根據(jù)酸堿中和求出與NaOH的關(guān)系。
【衍生5★★★】用黃鐵礦可以制取 H2SO4,再用 H2SO4 可以制取化肥(NH4)2SO4。煅燒含 FeS2 80.2% 的黃鐵礦 75.0 t,最終生產(chǎn)出 79.2 t(NH4)2SO4。已知 NH3 的利用率為 92.6%,H2SO4 的利用率為 89.8%,試求黃鐵礦制取 H2SO4 時的損失率為( )
A. 23.8% B. 33.4% C. 35.6% D. 63.8%
【解析】首先須搞清 H2SO4 的利用率與 FeS2 利
12、用率的關(guān)系。H2SO4 的利用率為 89.8%,與 H2SO4 的利用率是 100%、FeS2 的利用率為 89.8% 是等價的。并排除 NH3 利用率的干擾作用。其次,根據(jù) S 原子守恒找出已知量 FeS2 與未知量(NH4)2SO4的關(guān)系(設(shè)黃鐵礦的利用率為x):
FeS2 ~ 2H2SO4 ~ 2(NH4)2SO4
120 264
75.0 t80.2%89.8%x 79.2 t
x=66.6%
黃鐵礦的損失率為:1.00-66.6%=33.4%。
4
用心 愛心 專心