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2019-2020年高考化學 考前30天沖刺押題系列 第三部分 專題01 關(guān)系式法 關(guān)系式法常常應用于多步進行的連續(xù)反應，因前一個反應的產(chǎn)物是后一個反應的反應物，可以根據(jù)中間物質(zhì)的傳遞關(guān)系，找出原料和最終產(chǎn)物的相應關(guān)系式。它是化學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，準確率高。 一、關(guān)系式法四大特點 要熟練掌握并嫻熟運用關(guān)系式法進行解題，必須明確四大特點。 1. 關(guān)系式法的條件：已知的反應物與所求物不在同一反應中。 2. 關(guān)系式法的適用范圍：適用于有關(guān)純度的多步反應計算和工業(yè)生產(chǎn)上的綜合計算。 3. 關(guān)系式法的思路：明確變化的始態(tài)和終態(tài)，按實際工業(yè)生產(chǎn)的情況確定反應的關(guān)系式。 4. 關(guān)系式法的解題步驟：①正確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(zhì)，并確定最初反應物、中間物、最終生成物之間的量的關(guān)系；③確定最初反應物和最終生成物之間的量的關(guān)系；④根據(jù)所找關(guān)系及已知條件進行計算。 二、關(guān)系式法三大應用 例1、由氧化制NO的轉(zhuǎn)化率為96%，NO轉(zhuǎn)化為的轉(zhuǎn)化率為92%，現(xiàn)有10t ，總共可以制得63%的多少噸？ 解析：這是一道縱向型的多步反應計算型。起始物質(zhì)為，終端物質(zhì)為。氨氧化法制硝酸的原理為，，=。 從以上三個化學方程式來看，氨與硝酸的關(guān)系式似乎應是，但工業(yè)生產(chǎn)上NO要進行循環(huán)利用，經(jīng)過多次循環(huán)后，氨幾乎全部轉(zhuǎn)化為硝酸，則關(guān)系式應為。設(shè)可制得63%的的質(zhì)量為x，則，解得：x=51.95t。 例2. 工業(yè)上生產(chǎn)電石是用生石灰與焦炭在電爐內(nèi)加熱進行的，假設(shè)原料的利用率為95%，則36t焦炭可生產(chǎn)多少t乙炔？ 2. 橫向型。在多個具有并列關(guān)系的反應中存在一個共同關(guān)系。已知物質(zhì)和待求物質(zhì)之間的關(guān)系式，可通過反應相加得到，也可不經(jīng)中間物質(zhì)而直接得到。 例2、有的混合物14.8g，把它配成稀溶液后加入12.4g堿石灰，充分反應后，溶液中已檢測不到，然后將體系中的水分蒸干，得到29.0g白色固體。求： （1）原混合物中的質(zhì)量。 （2）堿石灰中CaO和NaOH的質(zhì)量。 由于反應前后質(zhì)量增加：，將①②兩化學方程式相加得：④，將①③兩化學方程式相加得：⑤CaO＋NaHCO3＝CaCO3↓＋NaOH。從④⑤兩式可以看出，④式中固體的質(zhì)量增加，⑤式中固體的質(zhì)量不變，所以根據(jù)④式可得到關(guān)系式： Na2CO3~△m（增） 106 18 x 1.8g 解得：x=10.6g。即，=14.8g－10.6g=4.2g。 又由于溶液中已檢測不到，則說明已全部轉(zhuǎn)化為沉淀，于是有如下關(guān)系式：，則＋，m(NaOH)=12.4g－8.4g=4.0g。 點評：橫向型多步反應計算題大多可將化學方程式相加得到另一個關(guān)系式，有時得到的關(guān)系式并不一定是實際存在的。另外，關(guān)系式中也不一定都是具體物質(zhì)的化學式，也可以是質(zhì)量的變化量、電子轉(zhuǎn)移數(shù)、體積改變量，等等。 3、關(guān)系式法綜合應用 例3. 為測定某石灰石中的質(zhì)量分數(shù)，稱取Wg石灰石樣品，加入過量的濃度為6mol/L的鹽酸，使它完全溶解，加熱煮沸，除去溶解的，再加入足量的草酸銨溶液后，慢慢加入氨水降低溶液的酸度，則析出草酸鈣沉淀：，過濾出后，用稀溶解：，再用蒸餾水稀釋溶液至，取出用的酸性溶液滴定，此時發(fā)生反應：，若滴定終點時消耗amol/L的，計算樣品中的質(zhì)量分數(shù)。 評析：當題目中出現(xiàn)一些陌生度較高的化學方程式時，要根據(jù)題給信息，耐心細致地尋找物質(zhì)或元素間的量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，再通過守恒法、差量法、方程式疊加法等方法確定正確的關(guān)系式，達到順利準確解題的目的。 用關(guān)系式法解多步反應計算題比常規(guī)分步解法快捷，解題的速度和準確度大幅度提高。要學好多步反應的計算，必須掌握關(guān)系式法。 【母題與衍生】 【母題1★★★】為測定某石灰石中CaCO3的質(zhì)量分數(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：2MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，若滴定終點時消耗a mol/L的KMnO4 V2 mL，計算樣品中CaCO3的質(zhì)量分數(shù)。 【點撥】對于多步反應，可根據(jù)各種的關(guān)系(主要是化學方程式、守恒等)，列出對應的關(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)中以及化學工作者進行科學研究時，往往涉及到多步反應：從原料到產(chǎn)品可能要經(jīng)過若干步反應；測定某一物質(zhì)的含量可能要經(jīng)過若干步中間過程。對于多步反應體系，依據(jù)若干化學反應方程式，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)系式法常常應用于多步進行的連續(xù)反應。在多步反應中，第一步反應的產(chǎn)物，即是下一步反應的反應物。根據(jù)化學方程式，每一步反應的反應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，準確率高。 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) 利用化學方程式之間的化學計量數(shù)間的關(guān)系建立關(guān)系式； (2) 利用化學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)，生成的CO2再跟過量的石灰水反應，得到12.8 g沉淀。求磁鐵礦石中Fe3O4的質(zhì)量分數(shù)。 【點撥】尋找關(guān)系式的方法是： （1）對于獨立的化學反應，可以通過化學方程式，或反應中某原子、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)生的多步化學反應，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（假定反應過程中它沒有損失），不過象氨氧化法制硝酸的中間反應，雖然有氮原子損失，但對實際工業(yè)生產(chǎn)來說，由于NO的循環(huán)利用，故仍可認為有如下關(guān)系式：NH3～HNO3 ，否則應由多個化學反應找出關(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 【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%∶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=0.16g 【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% 【專家預測】 1、金屬錫的純度可以通過下述方法分析：將試樣溶于鹽酸，反應的化學方程式為：Sn＋2HCl=SnCl2＋H2再加入過量的FeCl溶液，發(fā)生如下反應：SnCl2＋2FeCl=SnCl4＋2FeCl2最后用已知濃度的K2Cr2O7溶液滴定生成Fe2+，反應的化學方程式為：現(xiàn)有金屬錫試樣0.613g，經(jīng)上述反應后，共用去0.100 mol/LK2Cr2O7溶液16.0mL。求試樣中錫的百分含量（假定雜質(zhì)不參加反應）。 解析：該題是應用關(guān)系式法解多步反應的綜合計算。根據(jù)題目所給出的三個化學反應，得出Sn與K2Cr2O7的物質(zhì)量的關(guān)系。 　　 　　 2、在100mL 36.5%的濃鹽酸（密度為1.18g/cm3）中加入多少mL 2mol/L的稀鹽酸（密度為1.08g/cm3），才能配成6mol/L的鹽酸（密度為1.10g/cm3）。 　　 同一溶質(zhì)的兩種不同濃度的溶液混合時，混合溶液的濃度介于溶液之間，混合液跟兩原溶液中溶質(zhì)、溶液量的基本關(guān)系是： 　　 （1）混合液中所含溶質(zhì)的總量等于兩原溶液的溶質(zhì)質(zhì)量之和。 　　 （2）混合溶液的質(zhì)量等于兩原溶液的質(zhì)量之和，但體積不等于兩原溶液的體積之和(當兩原溶液很稀時，通常把混合液的體積近似地看做兩原溶液的體積之和。) 　　 在應用上述關(guān)系進行復雜的混合溶液計算時，可先算出混合溶液的總質(zhì)量和溶質(zhì)的總質(zhì)量，然后再求出混合溶液的濃度。 　　 設(shè)需加入VmL 2mol/L的鹽酸 　　 混合液中溶質(zhì)的總物質(zhì)的量 　　 　　 混合溶液的總體積： 　　 　　 混合液的物質(zhì)的量濃度： 　　 3、將5.000gNaCl、NaBr、CaCl2的混合物溶于水，通入氯氣充分反應，然后把溶液蒸干并灼燒，得殘留物4.914g。灼燒后的殘留物再溶于水，并加足量的Na2CO3溶液，所得沉淀經(jīng)干燥后質(zhì)量為0.270g。求混合物中各化合物的質(zhì)量百分組成。 　　 分析：根據(jù)題意可列出下圖示，幫助審清題意，找出思路和解法。 　　 　　根據(jù)圖示可分析： 　　 （1）CaCO3的質(zhì)量為0.270g，由它可求出CaCl2的質(zhì)量。 4、現(xiàn)有氧化銅和碳粉的混合物共Amol，將它在隔絕空氣條件下加熱，反應完全后，冷卻，得到殘留固體。 　　 （1）寫出可能發(fā)生反應的化學方程式 　　 （2）若氧化銅在混合物中的量的比值為 　　 問：x為何值時，殘留固體為何種物質(zhì)？寫出殘留固體的物質(zhì)的量與x值之間 的關(guān)系。將結(jié)果填入下表。 　 殘 留 固 體 x值 分 子 式 物質(zhì)的量 　 　 　 　　解析：（1）首先寫出有關(guān)的化學反應方程式，根據(jù)化學方程式中有關(guān)物質(zhì)間的物質(zhì)的量的關(guān)系，分析當CuO恰好完全反應時，x值是多少？ 　　 　　 按①式反應，x值為時，反應物恰好反應；按②式反應，x值為時，反應物恰好完全反應。 　　 （2）當時，CuO過量，按C的量計算。 　　 　　 剩余CuO的物質(zhì)的量 　　 （3）當不足量，按CuO的量計算，生成銅的量為Ax。 　　 （4）當時，C過量，按②式中的CuO的量計算，生成銅為Ax，剩余C的物質(zhì)的量為： 　　 　　 將所得結(jié)果的有關(guān)數(shù)值填入下表： x 值 殘 留 固 體 　 分 子 式 物 質(zhì) 的 量 Cu 　　CuO 2A（1－x） 　　A（3x－2） Cu Ax（或A） Cu Ax Cu Ax（或） Cu 　　C Ax 　　A（1－2x） 5、把過量的Fe粉投入到FeCl3和CuCl2組成的混合溶液中，充分攪拌，反應后過濾、干燥，稱得不溶性物質(zhì)的質(zhì)量與加入鐵粉的質(zhì)量相等。求混合物中FeCl3和CuCl2的物質(zhì)的量之比是多少？ 　　反應后所得不溶物為銅粉和過量的鐵粉。按題意，反應中與FeCl3和CuCl2反應而消耗鐵粉的質(zhì)量與置換出銅粉的質(zhì)量一定相等，按比等量關(guān)系用代數(shù)法求解。 　　 　　 6、已知NO2與NaOH溶液反應：3NO2＋2NaOH=2NaNO3＋NO＋H2O，NO和NO2可一起與NaOH溶液作用現(xiàn)欲用V L某燒堿溶液使由nmol NO和m mol NO2組成的混合氣體中的氮全部進入溶液中，NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度至少為多少？ 7、將7.28g Fe溶于過量的稀H2SO4中，在加熱的條件下，用2.02gKNO3去氧化溶液中Fe2+，待反應完全后，剩余Fe2+還需0.4mol/L KMnO4溶液25mL才能完全氧化，已知其反應方程式為：。通過計算、確定KNO3的還原產(chǎn)物是什么？（還原產(chǎn)物為氧化物）并寫出其離子方程式。 　　 8、在已平衡的托盤天平左右托盤上各放一等質(zhì)量的燒杯，并分別往燒杯中注入5 mol/L鹽酸60 mL．向左盤燒杯中放入粉末，往右盤燒杯中加入x g A物質(zhì)粉末，充分反應后天平仍保持平衡． 　?。?）若A為． 　　①當a≤15時，x的值為________（用含a的代數(shù)式表示，以下同）． 　?、诋?8.6≥a＞15時，x的值為________． 　?、郛攁＞18.6時，x的值為________． 　?。?）若A為，且兩只燒杯中均無固態(tài)物質(zhì)存在，則x的取值必須滿足的條件是________． 　　當0.3 mol HCl與恰好完全反應時，消耗的質(zhì)量為：時；0.3 mol HCl與恰好完全反應，消耗的質(zhì)量為：0.384＝25.2 g 　?。?）a≤15 g時，鹽酸對于、均過量，天平保持平衡的條件是： 　　　 x＝1.176a 　　（2）a＞15 g時，鹽酸對于不足，且對于恰好完全反應時，加入的燒杯內(nèi)反應體系的增重量為a-0.1544，而加入的燒杯內(nèi)反應體系的增重量為0.340．則天平保持平衡的條件是： 　　a-0.1544＝0.340　a＝18.6 　　因此，18.6≥a＞15時，天平保持平衡的條件是： 　　　 x＝2，1a-13.86 　　（3）當a＞18.6時，天平保持平衡的條件是：a-0.1544＝x-0.344 　　x＝a＋6.6 　　因為燒杯中無固體剩余，說明a≤15．、的摩爾質(zhì)量相當，當?shù)荣|(zhì)量的、與酸完全反應時，生成質(zhì)量相等．所以天平保持平衡時：x＝a≤15 9、將a mol的和固體混合后，在密閉容器中加熱到250℃，讓其充分反應，假設(shè)分解產(chǎn)生的與反應完后，再與反應． 　?。?）當剩余固體為，排出氣體為，時，的值為________． 　?。?）當剩余固體為，NaOH，排出氣體為，時，的值為________． 　　（3）當時，剩余固體為________，排出氣體為________． 　?。?）當排出的和為等物質(zhì)的量時，則的值為________． 　?。?）當剩余固體為，排出氣體為、時，因為沒有NaOH生成，水未與反應．將方程式①2＋②得： 　　由方程式可知：． 　?。?）當剩余固體為、NaOH，排出氣體為、時，由于有NaOH生成，所以有水與反應．假設(shè)反應后無生成，將方程式①2＋②＋③得： 　　 　　由方程式可知此時．因為有水生成，所以 　　（3）當時，由2討論可知：剩余固體為、NaOH、；排出氣體為． 　?。?）當排出的和為等物質(zhì)的量時，依方程式討論有： 　　 　　　 2b　　　　　　　　　b　　　b 　　 　　　　　b　　 b　　　　　　　　 　　設(shè)反應的的物質(zhì)的量為x 　　 　　　 x　　　　x　　　　　　　　 　　依題意有：　 　　所以，反應中消耗的物質(zhì)的量為：，用去的物質(zhì)的量為： 　　所以， 10：用含的硫鐵礦生成硫酸，已知該礦石的利用率為95%，SO2的轉(zhuǎn)化率為90%，SO3的吸收過程中損失率為2%，求生產(chǎn)500t98%的硫酸需礦石的質(zhì)量和標況下空氣的體積。（假設(shè)空氣中氧氣的體積分數(shù)為20%）。 解之得： 另外，氧氣參與了兩個反應，可將①+②4+③8，整理后得出相應的關(guān)系式： 15mol y 解之得： 則所需空氣的體積：。