高三化學(xué)攻關(guān)三十六法之――關(guān)系式法

關(guān)系式法是根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的諸法中較主要的一種方法，它可以使多步計(jì)算化為一步而完成。

●難點(diǎn)磁場(chǎng)

請(qǐng)用關(guān)系式法解決下列問題，然后自我界定學(xué)習(xí)本篇是否需要。

將 a g 鐵和 b g 硫粉混合均勻，隔絕空氣加強(qiáng)熱，充分反應(yīng)后，再將所得固體混合物放入足量稀 H₂SO₄ 中，試求產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積(用含 a 或 b 的代數(shù)式表示)。

●案例探究

［例題］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(shí)的損失率。

命題意圖：主要考查學(xué)生利用關(guān)系式法解題的能力，同時(shí)考查學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)化率、損失率的理解和認(rèn)識(shí)。

知識(shí)依托：H₂SO₄ 的工業(yè)制法、NH₃ 與 H₂SO₄ 的反應(yīng)。

錯(cuò)解分析：不能準(zhǔn)確理解利用率的含義而錯(cuò)解。

解題思路：首先須搞清 H₂SO₄ 的利用率與 FeS₂ 利用率的關(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(jià)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 t×80.2%×89.8%?x          79.2 t

x=66.6%

黃鐵礦的損失率為：1.00－66.6%=33.4%。

答案：33.4%

●錦囊妙計(jì)

凡反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，上一步反應(yīng)的產(chǎn)物為下一步反應(yīng)的反應(yīng)物的反應(yīng)，絕大多數(shù)可用關(guān)系式法解決。尋找關(guān)系式的方法，一般有以下兩種：

1.寫出各步反應(yīng)的方程式，然后逐一遞進(jìn)找出關(guān)系式；

2.根據(jù)某原子守恒，直接寫出關(guān)系式。

●殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練

1.(★★★)在 O₂ 中燃燒 0.22 g 硫和鐵組成的化合物，使其中的硫全部轉(zhuǎn)化為 SO₂，將這些 SO₂全部轉(zhuǎn)化為 SO₃，生成的 SO₃ 完全被 H₂O 吸收。所得 H₂SO₄ 可用 10.0 mL 0.50 mol?L^－1 的 NaOH(aq)完全中和，則原化合物中硫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_________。

2.(★★★★)將 23.0 g 石英與 60.0 g 石灰石在高溫下灼熱，試求產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。

3.(★★★★)已知某廠每天排出 10000 m³ 尾氣(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)，內(nèi)含 0.268%(體積分?jǐn)?shù))的 SO₂，SO₂可完全轉(zhuǎn)化為 H₂SO₄，若用黃鐵礦來生產(chǎn)同樣多的 H₂SO₄， 則需要多少克含 FeS₂ 78.2% 的黃鐵礦？

4.(★★★★★)某化肥廠以氨為原料制備 NH₄NO₃，已知由氨制 NO 的產(chǎn)率是 96%，NO 制硝酸的產(chǎn)率是 92%，求制硝酸所用去的氨的質(zhì)量占總耗氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？

難點(diǎn)磁場(chǎng)

提示：不論 Fe 過量與否，只要有 1 個(gè) Fe 原子最終就產(chǎn)生 1 個(gè)氣體分子，這個(gè)氣體分子可能是 H₂S，也可能是 H₂。則：

n(氣體)=n(Fe)=mol

V(氣體)=22.4 L?mol^－1×mol=4a L。

答案：4a L

殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練

1.提示：S~ H₂SO₄~ 2NaOH

n(S)=n(NaOH)= ×0.010 L×0.50 mol?L^－1=0.0025 mol，

w(S)==0.36。

答案：0.36

2.提示：不論 CaCO₃ 過量與否，只要有 1 個(gè) CaCO₃ “分子”最終就會(huì)產(chǎn)生 1 個(gè) CO₂ 分子。則：

n(CO₂)=n(CaCO₃)==0.600 mol

V(CO₂)=22.4 L?mol^－1×0.600 mol=13.4 L。

答案：13.4 L

3.提示：只需找出 SO₂ 與 FeS₂ 的關(guān)系

FeS₂                                           ~                   2SO₂

120 g                                  44.8 L

m(黃鐵礦)×78.2%                            10^4＋3 L×0.268%

m(黃鐵礦)=9.18×10⁴g。

答案：9.18×10⁴ g

4.解析：將本題分解為兩步計(jì)算，并輔以一定的數(shù)值，可以化繁為簡(jiǎn)。

根據(jù)合成 NH₄NO₃ 的反應(yīng)：NH₃＋ HNO₃====NH₄NO₃

可知當(dāng)合成 80 t NH₄NO₃ 時(shí)，需要用 63 t HNO₃ 吸收 17 t 的 NH₃。

(1)先求制備 63 t HNO₃ 需要的 NH₃

NH₃                              ~                   HNO₃

17                                       63

m(NH₃)×96%×92%                         63 t

m(NH₃)=19 t。

(2)再求制備 80 t NH₄NO₃ 時(shí)，生產(chǎn) HNO₃ 所用 NH₃ 占耗 NH₃ 總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：w==0.53。

答案：0.53