高中化学《化学方程式的计算》教案

2021-06-10 教案

　　第二课时

　　［复习提问］解关于化学方程式的计算问题的一般步骤有哪些？解过量计算问题的基本特点有哪些？解过量计算问题的一般步骤是什么？

　　［生］回忆并回答（回答内容略）

　　［导入新课］在实际生产或科学实验中，不仅存在所投物料是否过量的问题，而且往往从原料到最终产物，一般都不是一步完成的，中间需经过多个连续的反应过程，像这样的连续反应，我们称之为多步反应。工业上如制硫酸、硝酸、乙醇（酒精）等许多过程都是经多步反应实现的，本节课讨论的主要话题就是关于多步反应的计算。

　　［板书］三、多步反应计算

　　［师］和解决过量计算问题类似，我们还是通过典型例题的分析来总结解多步反应计算问题的基本方法和步骤。

　　［投影显示］[例3] 用CO还原5.0 g某赤铁矿石（主要成分为Fe2O3，杂质不参加反应）样品，生成的CO2再跟过量的石灰水反应，得到6.8 g沉淀，求赤铁矿石中Fe2O3的质量分数。

　　［生］阅读题目，思考如何下手解决问题。

　　［引导］很显然，这是一个多步反应问题，要想求出赤铁矿中Fe2O3的质量分数，应先搞清楚整个过程都发生了哪些反应。

　　［生］思考，写出所涉及的两个化学反应方程式。

　　Fe2O3+3CO=====2Fe+3CO2

　　CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O

　　［师］下面我们分成四个小组进行讨论，把你们讨论的解决方案总结出来。

　　［生］进行分组讨论，最后基本上得到两种方案，分别由两个学生代表陈述。

　　方案之一：逆推法

　　设通入澄清石灰水中的CO2的质量为x，则由方程式：

　　CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O

　　44 100

　　x 6.8

　　得解得x=2.992 g

　　再设被CO还原的Fe2O3的质量为y，则由方程式

　　Fe2O3+3CO======2Fe+3CO2

　　160 3×44

　　y 2.992 g

　　得解得y=3.6 g

　　所以w(Fe2O3)= =72%

　　方案之二：根据两步反应的化学方程式，用CO2作“中介”得出下列关系：

　　Fe2O3——3CO2——3CaCO3

　　即Fe2O3——3CaCO3

　　160 3×100

　　m(Fe2O3) 6.8 g

　　所以m(Fe2O3)= =3.6 g

　　则w(Fe2O3)= ×100%=72%

　　［师］评讲讨论结果，大家不难看出两种方案中第一种计算起来比较麻烦，而第二种方案则简单明了，充分利用反应过程中各物质之间的量的关系，实现了从已知量和待求量之间的直接对话，这就叫关系式法，它是解决多步反应计算的一种好方法。下边就请同学们尤其是刚才用方案一思考的同学们把例题3用关系式法规范地解在练习本上，并从中体会并总结解多步反应计算题的一般步骤。

　　［生］在练习本上规范地练习，并归纳总结用关系式法解多步反应的一般步骤，一位同学举手回答（内容见板书）

　　［师］从学生的回答中整理板书内容

　　［板书］用关系式法解多步反应计算的一般步骤：

　　1. 写出各步反应的化学方程式；

　　2. 根据化学方程式找出可以作为中介的物质，并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间的量的关系；

　　3. 确定最初反应物和最终生成物之间的量的关系；

　　4. 根据所确定的最初反应物和最终生成物之间的量的关系和已知条件进行计算。

　　［提示］利用关系式法解多步反应的关键是正确建立已知量、未知量之间的物质的量或质量的比例关系。

　　［投影显示］例4. 工业上制硫酸的主要反应如下：

　　4FeS2+11O2====2Fe2O3+8SO2

　　2SO2+O2===========2SO3

　　SO3+H2O==== H2SO4

　　煅烧2.5 t含85% FeS2的黄铁矿石（杂质不参加反应）时，FeS2中的S有5.0%损失而混入炉渣，计算可制得98%硫酸的质量。

　　［师］这里提醒大家一点，FeS2中的S有5.0%损失也就相当于FeS2有5.0%损失。下边大家还是分小组讨论，开动脑筋，想一想如何利用关系式法来解决这一工业问题。

　　［生］展开热烈的讨论，各抒己见，最后大致还是得到两种方案。

　　方案之一，先找关系式，根据题意列化学方程式，可得如下关系

　　FeS2——2SO2——2SO3——2H2SO4

　　即FeS2 ~ 2H2SO4

　　120 2×98

　　2.5 t×85%×95% m(98% H2SO4)98%

　　得m(98%H2SO4)=

　　故可制得98%硫酸3.4 t。

　　方案之二在找关系式时，根据S元素在反应前后是守恒的，即由FeS2 2H2SO4可以直接变为㏒——H2SO4

　　由于有5.0%的S损失，2.5 t含85%FeS2的黄铁矿石中参加反应的S的质量为

　　m(S)=m(FeS2) w(S)

　　=2.5 t×85%× ×95%

　　=1.08 t

　　则由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。

　　［师］评价两种方案：两种方案都能比较方便地找到最初反应物和最终生成物之间的直接关系，从而使问题简单地得到解决，我们还是要求同学们在下边练习时注意解题格式的规范化。

　　［补充说明］在进行多步反应计算时，往往还需要搞清楚以下几个关系：

　　1. 原料的利用率（或转化率）（%）

　　2. 产物产率（%）=

　　3. 已知中间产物的损耗量（或转化率、利用率）都可归为起始原料的损耗量（或转化率、利用率）

　　4. 元素的损失率====该化合物的损失率

　　［投影练习］某合成氨厂，日生产能力为30吨，现以NH3为原料生产NH4NO3，若硝酸车间的原料转化率为92%，氨被吸收为NH4NO3的吸收率为98%，则硝酸车间日生产能力应为多少吨才合理？

　　［解析］设日产HNO3的质量为x,NH3用于生产HNO3的质量为35 t-y

　　由各步反应方程式得氨氧化制HNO3的关系为：

　　NH3～NO～NO2～HNO3

　　17 63

　　y92% x

　　用于被HNO3吸收的NH3的质量为

　　30 t-y=30 t-

　　由NH3+HNO3===== NH4NO3

　　17 63

　　（30 t- ）×98% x

　　得［30 t-17x/(63×92%)］98%=

　　解之得x=52.76 t

　　［答案］硝酸车间日生产能力为52.76 t才合理。

　　［本节小结］本节课我们重点讨论的是关于多步反应的计算，通过讨论和比较，得出关系式法是解决多步反应计算的一种较好的方法。具体地在找关系式时，一方面可以根据各步反应中反映出的各物质的物质的量或质量的关系，如例3；也可以根据某元素原子的物质的量守恒规律，找出起始物与终态物的关系，如例4。

　　［布置作业］P26二、4、5

　　●板书设计

　　三、多步反应计算

　　用关系式法解多步反应计算的一般步骤

　　1. 写出各步反应的化学方程式；

　　2. 根据化学方程式找出可以作为中介的物质，并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间的量的关系；

　　3. 确定最初反应物和最终生成物之间的量的关系；

　　4. 根据所确定的最初反应物和最终生成物之间的量的关系和已知条件进行计算。

　　●教学说明

　　多步反应计算的基本解法就是关系式法，为了得出这种方法以及展示这种方法的优越性，在教学中让学生进行分组讨论，充分发挥同学们的想象力、创造力，然后得出两种比较典型的方案，将这两种方案进行比较，自然地得出结论：还是利用关系式法解决简单。既解决了问题，又增强了学生的`分析问题能力。

　　参考练习

　　1．用黄铁矿制取硫酸，再用硫酸制取化肥硫酸铵。燃烧含FeS2为80％的黄铁矿75 t，生产出79．2 t硫酸铵。若在制取硫酸铵时硫酸的利用率为90％。则用黄铁矿制取硫酸时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，再向溶液中通人适量的C12，充分反应后，反应过程中被还原的C12的质量是多少?

　　答案：21.3 g

　　3．C02和NO的混合气体30 mL，反复缓缓通过足量的Na2O2后，发生化学反应(假设不生成N2O4)：

　　2CO2+2Na2O2======2Na2CO3+02

　　反应后气体体积变为15 mL(温度、压强相同)，则原混合气体中CO2和NO的体积比可能是( )

　　①l：l ②2：l ③2：3 ④5：4

　　A．①② B.②③ C．①②④ D．①②③④备课资料

　　在有关矿石的计算中，常出现这样三个概念：矿石的损失率、矿石中化合物的损失率、矿石中某元素的损失率，三者的涵义不完全相同，但它们有着本质的、必然的定量关系．下面通过汁算说明它们的关系：

　　题目：某黄铁矿含FeS2 x％，在反应中损失硫y％，试求：FeS2的损失率、矿石的损失率各是多少？

　　解：设矿石的质量为m t，则FeS2的质量为mx％，硫的质量为m ×x％= mx%t。

　　损失硫的质量= ×m×x％×y％t；

　　损失FeS2的质量= =

　　损失矿石的质量= my%t。

　　因此有：FeS2的损失率=[(mx％y％)／(mx％)]×100％=y％；

　　矿石的损失率=(my％)／m=y％。

　　从上述计算中可知：矿石的损失率、矿石中化合物的损失率、矿石中某元素的损失率三者的数值是相等的,在计算中完全可以代换。

　　综合能力训练

　　1．在一定条件下，将m体积NO和n体积O2同时通人倒立于水中且盛满水的容器内。充分反应后，容器内残留m／2体积的气体，该气体与空气接触后变为红棕色。则m与n的比( )

　　A．3：2 B．2: 3 C．8：3 D．3：8

　　答案：C

　　2．为消除NO、NO2对大气污染，常用碱液吸收其混合气。a mol NO2和b mol NO组成的混合气体,用NaOH溶液使其完全吸收,无气体剩余。现有浓度为c molL-1 NaOH溶液,则需此NaOH溶液的体积是( )

　　A．a／c L B.2a／c L. C．2(a+b)／3c L D．(a+b)／c L

　　答案：D

　　3.200 t含FeS2 75％的黄铁矿煅烧时损失FeS2 lO％，S02转化为S03的转化率为96％， S03的吸收率为95％，可生产98％的硫酸多少吨?

　　解法一：关系式法：

　　FeS2 ~ 2H2S04

　　120 t 196 t

　　200 t×75％×(1—10％)×96％×95％ 98％x

　　解得x=205．2 t。

　　解法二：守恒法

　　设生成98％的硫酸x吨，由硫元素守恒得；

　　200 t×75％×(1一l0％)×96％×95％× =98％x× ，

　　x=205．2 t。

　　答案：205．2

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