高考化学二轮复习专题8利用三段式转化率产率计算及利用方程式关系式计算原子守恒计算导学案

高考化学二轮复习专题8利用三段式转化率产率计算及利用方程式关系式计算原子守恒计算导学案

利用三段式、转化率、产率计算及利用方程式关系式计算、原子守恒计算 ‎【学习目标】‎ ‎1、掌握“三段式”计算方法，能够利用三段式计算平衡常数、转化率、产率等。‎ ‎2、培养化学反应中守恒的核心思想，能够利用关系式、原子守恒等快准计算。‎ 一、三段式解答平衡常数、转化率、产率等的计算 ‎【例题】[2013广州一模·节选] 亚磷酸（H3PO3）是二元酸，H3PO3溶液存在电离平衡：H3PO3H+ + H2PO3－。某温度下，0.10 mol·L－1的H3PO3溶液pH的读数为1.6，即此时溶液中c (H+) = 2.7×10－2 mol·L－1。求该温度下上述电离平衡的平衡常数K，写出计算过程。（H3PO3第二步电离忽略不计，结果保留两位有效数字）。‎ 解： H3PO3 H+ + H2PO3－ ‎ 起始时各物质的浓度（mol•L－1） 0.10 0 0‎ 转化的各物质的浓度（mol•L－1） 2.5×10－2 2.5×10－2 2.5×10－2 ‎ 平衡时各物质的浓度（mol•L－1）0.10－2.5×10－2 2.5×10－2 2.5×10－2 ‎ ‎ mol•L－1 ‎ ‎【方法归纳】（1）写出有关化学反应方程式。‎ ‎（2）确定各物质的起始、转化、平衡(或某一时刻)时的物质的量 ‎(物质的量浓度)。‎ ‎（3）根据已知条件建立等式关系并做解答。‎ 说明：①三段式是梳理化学反应各物质量的变化的好工具，这个工具使用的对象是任意一个反应，可以是可逆的，也可以是不可逆的，可以是反应开始直到平衡的，也可以是反应到某一时刻的，甚至可以是从一个时间点到下一个时间点的，……。梳理完了，该算什么就算什么。‎ ‎②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。‎ ‎ ③计算平衡常数，一定要代入平衡时各物质的物质的量浓度。‎ ‎④转化率=×100%‎ ‎⑤产率=‎ ‎【巩固练习】1—1 [2014广东高考·节选] 用CaSO4代替O2‎ 与燃料CO反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应①为主反应，反应②和③为副反应。‎ ‎①1/4CaSO4(s)+CO(g)⇋1/4CaS(s)+CO2(g) ∆H1=-47.3kJ∙mol-1‎ ‎② CaSO4(s)+CO(g)⇋CaO(s)+CO2(g) +SO2(g) ∆H2=+210.5kJ∙mol-1‎ ‎③ CO(g)⇋1/‎2C(s)+1/2CO2(g) ∆H3=-86.2kJ∙mol-1 ‎ ‎（3）向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO，反应①于‎900℃‎达到平衡，c平衡(CO)=8.0X10-5 mol∙L-1，计算CO的转化率（忽略副反应，结果保留两位有效数字）。‎ ‎【巩固练习】1—2[2014天津理综·节选]合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。图(a)表示‎500 ℃‎、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：____________。‎ 二．利用方程式关系式计算 ‎【例题】 氯化亚铜(CuCl)是重要的化工原料。国家标准规定合格CuCl产品的主要质量指标为CuCl的质量分数大于96.50% 。准确称‎0.2500g CuCl样品置于一定量的0.5mol·L-1FeCl3溶液中，待样品完全溶解后，加水20mL，用0.1000mol·L-1的Ce(SO4)2溶液滴定到终点，消耗24.60mL Ce(SO4)2溶液。有关化学反应为Fe3++CuCl=Fe2++Cu2++Cl-，Ce4++Fe2+=Fe3++Ce3+。通过计算说明上述样品中CuCl的质量分数是否符合标准。‎ 解：由方程式可得关系式为CuCl～Fe2+～Ge4+，‎ 即n(CuCl)= n[Ce(SO4)2]= 0.1000mol·L-1 24.60 10‎-3 L=0.00246mol,‎ 故CuCl的质量分数为，符合标准。 ‎ ‎【方法归纳】关系式法解题的核心思想是化学反应中质量守恒，各反应物与生成物之间存在着最基本的比例(数量)关系。是多个互相联系的化学式或多步反应计算的常用方法，其关键是根据有关化学式或反应式及物质间转化的定量关系，找出关系式和关系量。能简化解题步骤、准确快速将题解出。‎ ‎【巩固练习】2—1 [2012上海高考·节选] 回收得到的SeO2的含量，可以通过下面的方法测定：①SeO2+KI+HNO3→Se+I2+KNO3+H2O ‎ ‎②I2+2Na2S2O3 = Na2S4O6+2NaI 配平方程式①，标出电子转移的方向和数目。‎ 实验中，准确称量SeO2样品‎0.1500g，消耗了0.2000 mol/L的Na2S2O3溶液25.00 mL，所测定的样品中SeO2的质量分数为 。‎ ‎【巩固练习】2—2[2014广州一模·节选] Na2S2O3溶液是定量实验中的常用试剂，测定其浓度的过程如下：准确称取a g KIO3（化学式量：214）固体配成溶液，加入过量KI固体和H2SO4溶液，滴加指示剂，用Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液的体积为V mL。则c(Na2S2O3)＝ mol·L－1。（只列出算式，不作运算）已知：IO3－＋5I－+6H+=3I2＋3H2O 2S2O32－＋I2=S4O62－＋2I－‎ 三．利用原子守恒计算 ‎【例题】[2013东高考·节选] 银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下的：‎ ‎ (注：Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为‎450℃‎和‎80℃‎)‎ ‎（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：‎ ‎ CuO + Al2O3 CuAlO2 + ↑‎ ‎（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上‎5.0kg废料中的铜可完全转化为 mol CuAlO2，至少需要1.0mol·L-1的Al2(SO4)3溶液 L。‎ 分析：（3）根据氧化还原反应的特征推断，铜元素由+2价降为+1价，铝元素化合价不变，由此推断反应前后升价元素一定是氧，化合价由‎-2升为0，即缺少的生成物为O2；根据化合价升降配平可得：CuO+2Al2O34CuAlO2+O2↑。‎ ‎（4）m(Cu)=5.0×‎103g×63.5%，则n(Cu)=5.0×‎103g×63.5%÷‎63.5g/mol=50.0mol，‎ 根据铜守恒可得转化关系式：Cu～CuAlO2，则n(CuAlO2) =n(Cu) =50.0mol；‎ 根据铝守恒可得转化关系式：Al2(SO4)3～2CuAlO2，‎ 则n[Al2(SO4)3]=n(CuAlO2) =25.0mol，‎ V[Al2(SO4)3] =‎ ‎【方法归纳】化学方程式既然能够表示出反应物与生成物之间物质的量、质量、气体体积之间的数量关系，就必然能反映出化学反应前后原子个数、电荷数、得失电子数、总质量等都是守恒的。巧用守恒规律，常能简化解题步骤、准确快速将题解出。‎ ‎【巩固练习】3—1 已知氮的氧化物和NaOH溶液发生的化学反应如下：‎ ‎3NO2+2NaOH=2NaNO3+NO↑+H2O， NO2+NO+2NaOH=2NaNO2+H2O。‎ 现有m molNO2和n molNO组成的混合气体，要用NaOH溶液使其完全吸收无气体剩余，则需浓度为a mol/L的NaOH溶液，的体积为 ‎ ‎【巩固练习】3—2 [2014四川理综·节选] 污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某化学研究小组利用软锰矿（主要成分为MnO2，另含有少量头铁、铝、铜、镍等金属化合物）作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2，又制得电池材料MnO2（反应条件已略去）。‎ 请回答下列问题：（6）假设脱除的SO2只与软锰矿浆中的MnO2反应。按照图示流程，将a m3（标准状况）含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为c kg，则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO‎2 kg。‎ ‎8．利用三段式计算平衡常数、转化率、产率及利用关系式、原子守恒快准计算 【巩固练习】参考答案或解析：‎ ‎1—1 由图18查得反应①在‎900℃‎时：lgK=2，平衡常数K=102=100‎ ‎ 设容器容积为VL，反应①达到平衡时CO的浓度减少Xmol/L ‎ 1/4CaSO4(s) + CO(g) 1/4CaS(s) + CO2(g)‎ 起始时物质的量浓度(mol/L) Χ+8.0×10-5 0‎ 转化的物质的量浓度(mol/L) X X 平衡时物质的量浓度(mol/L) 8.0×10-5 X ‎ X=100×8.0×10-5 =8.0×10-3 ‎ ‎1—2 由图中看出当N2与H2物质的量比为1∶3时，NH3的平衡体积分数最大，为42%。设平衡时转化的N2的物质的量为x mol，由三段式：‎ ‎ N2 ＋ 3H2 2NH3‎ 起始时物质的量(mol) 1 3 0‎ 转化物质的量(mol) x 3x 2x 平衡时物质的量(mol) 1－x 3－3x 2x ‎，则x＝0.59‎ 则平衡时N2的体积分数为 ‎2—1 ‎ ‎ ‎ 利用前面配平的方程式可得关系式：SeO2～2I2～4Na2S2O3，则样品中SeO2的质量分数为： =92.5%‎ ‎2—2 ‎6000a/214V 或‎3000a/107V (其它正确答案也给分)‎ ‎3—1 观察给定的反应，N最终全部转化为NaNO3和NaNO2，n(Na)与n(N)都是1:1的关系。即n(NaOH)= n(NO2)+n(NO)=(m+n)mol，故V(NaOH)= (m+n)/a L ‎3—2 除去铁、铝、铜、镍等杂质时所引入的锰元素可由加KMnO4溶液前溶液 ‎ 中的Mn2+与软锰矿浆转化成的Mn2+的差值计算。‎ 由MnO2+SO2=MnSO4 ，KMnO4+3MnSO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4可知 除去铁、铝、铜、镍等杂质时所引入的锰元素相当于MnO2 的质量 m(MnO2)= ‎