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过量计算的方法

过量计算是化学计算的重点之一,下面就过量计算的两种重要题型分类例析,以期同学们掌握过量计算的判断与计算。

一、判断过量的方法

过量计算的依据是化学反应的化学方程式,化学方程式中的物质计量数之比是恰好反应时物质的物质的量之比。

若反应物的量均已知时,先求出各自的物质的量,根据恰好反应时物质的物质的量的关系,确定那种物质恰好反应,那种物质剩余,按照不足者进行计算。

若给出一种反应物的量、一种产物的量,利用假设法,确定反应物是否过量。

若给出反应混合物的总量,确定产物的量,利用讨论法,假设反应物之一恰好反应、过量,分别进行计算。

二、典例举隅

1.混合物与某物质反应的过量问题

例1:在25℃,101KPa条件下,将10L CO和H2的混合气体通入15L O2中,使其完全燃烧,干燥后,恢复至原来的温度和压强。

试计算:

(1)若剩余气体的体积为15L,则原CO和H2的混合气体中V(CO)=____L,V(H2)=________L。

(2)若剩余气体的体积为 a L,则原CO和H2的混合气体中V(CO):V(H2)=_____。

解析:燃烧发生的化学反应:①2CO+O2过量计算的方法2CO2②2H2+O2过量计算的方法2H2O,解题的关键是对剩余气体成分的讨论。

(1)根据反应特点,燃烧反应需要的氧气是混合气体的一半为5L,显然氧气剩余,剩余氧气的体积是:15L-5L=10L,剩余气体中还有5L 气体,在25℃,101KPa条件下水是液体, 则5L 气体是反应生成的二氧化碳。

根据①式,参加反应的CO体积为5L,则混合气体中的H2体积是:10L—5L=5L。

(2)改为含字母的计算,原理相同。类同(1)的计算,参加反应的氧气为5L,剩余氧气体积是:15L-5L=10L,则生成的二氧化碳体积是:(a—10)L。

根据①式,参加反应的CO体积为(a—10)L,混合气体的H2体积是:10L—(a—10)L =(20-a) L。

答案:(1)5,5(2)(a—10) : (20-a)

2.生成物与过量的反应物继续反应

例2:已知氨与氯气可迅速发生一下反应:2NH3+3Cl2=N2+6HCl。现有a L 氨气、氯气的混合气体,其中氨气的体积分数为x,充分反应后气体体积为yL。

讨论氨气的体积分数x取不同值时,反应后气体体积y的关系式______________。

解析:根据题目给出的反应,n(NH3) : n(Cl2)<2:3,即氨气不足量时,仅发生题中所述反应,产物为氮气和氯化氢;如果氨气过量,过量的氨气会与产物氯化氢再反应生成氯化铵。

2NH3+3Cl2=N2 + 6HCl①式,NH3 + HCl= NH4Cl②式,在什么情况下生成的氯化氢完全反应完毕呢,根据①式、②式叠加得到:8NH3 + 3Cl2 =N2+6NH4Cl ③式,当n(NH3) : n(Cl2)>8:3,氨气完全过量,产物是N2、NH4Cl;当2:3<n(NH3) : n(Cl2)<8:3,氨气部分过量,此时NH3、Cl2完全反应,产物为氮气、氯化氢、NH4Cl。

将物质的量之比转化为体积分数,NH3体积为axL,Cl2体积为a(1-x) L,分别讨论。

当0<x过量计算的方法过量计算的方法,按反应①进行,反应后的混合气体是N2、HCl和剩余Cl2,按照NH3计算。观察反应前后气体体积增加2体积,则y=a L+V(NH3)=a(1+x)L;

过量计算的方法x<1,按反应③进行,反应后的混合气体是N2和剩余NH3,按照Cl2计算。观察反应前后气体体积减少10体积,则y=a L—10V(Cl2)/3=a(10x-7)/3L;

过量计算的方法x过量计算的方法,可以认为反应①、③同时进行,产物为氮气、氯化氢,设参加①的氨气为2a L,则消耗的氯气3a L,生成的氮气和氯化氢总体积7a L;参加③的氨气为8bL,则消耗的氯气3bL,生成的氮气体积bL,则y=7a L+b L。

根据2a+8b=a x,3a+3b=a(1-x),解之a=(8a-11ax)/18,b=(5ax-2a)/18,将ab带入,y=7a L+b L=a(3-4x)L。

答案:0<x过量计算的方法过量计算的方法y=a(1+x)L;当过量计算的方法x<1,y=a(10x-7)/3L;当过量计算的方法x过量计算的方法y=a(3-4x)L。

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